بر اساس نظریه نسبیت عام، فضا میتواند منحنی شود. این به جهان اجازه میدهد یکی از سه شکل زیر را داشته باشد: مسطح مثل ورق کاغذ، بسته مثل کره یا باز مثل زین اسب. این هندسه نجومی موضوع بیاهمیتی نیست، بلکه سرنوشت کیهان به آن بستگی دارد. شکل جهان به ما درباره گذشته و آینده آن می‌گوید. اینکه آیا جهان برای همیشه منبسط خواهد شد یا در نهایت فرو می‌ریزد و متناهی یا نامتناهی بودن آن سوال‌هایی هستند که به شکل جهان هستی گره خورده‌اند. در این مقاله به بررسی نظریه‌های پیرامون شکل جهان هستی می‌پردازیم. پس با ما همراه باشید.
ساختار نهایی جهان فقط به دو عامل بستگی دارد: چگالی و سرعت انبساط آن.
تقریبا ۶۸درصد از جهان را انرژی تاریک و ۲۷درصد آن را ماده تاریک تشکیل میدهد. باقی‌مانده ماده طبیعی است که سیاره‌‌ها، ستارگان و سایر اجرام را تشکیل میدهد. منظور از چگالی کیهان این است که چه مقدار از ماده طبیعی در حجم معینی از فضا جمع شده است.
اگر چگالی کیهان به‌اندازه‌ای باشد که گرانش آن بر نیروی انبساط غلبه کند، جهان به شکل توپ در می‌آید. این به‌عنوان مدل بسته شناخته می‌شود و منحنی مثبت آن شکل کره را تداعی میکند.
یکی از ویژگی‌های شگفت‌انگیز چنین جهانی این است که محدود است، ولی هیچ حد و مرزی ندارد. به‌عبارت دیگر، می‌توان آن را دور زد و تا ابد بدون برخورد به یک دیوار یا سقوط از لبه در فضا چرخید. از طرف دیگر، اگر چگالی جهان کم باشد و نتواند انبساط را متوقف کند، فضا در جهت مخالف خم می‌شود. این جهانی باز را تشکیل میدهد که انحنای منفی آن شبیه زین اسب است.
سناریوی دیگری نیز وجود دارد که به نظر دانشمندان محتمل‌ترین است. بیشتر شواهد کیهانشناسی نشان می‌دهند که چگالی جهان دقیقا درست است (یعنی حدود شش پروتون در هر ۱.۳ یارد مکعب) و در تمامی جهت‌ها بدون انحنای مثبت یا منفی منبسط می‌شود. به‌عبارت دیگر، جهان مسطح است.
جهان مسطح یعنی چه؟ این مسطح بودن آن نوع دوبعدی نیست که در زندگی روزمره با آن مواجه می‌شویم. ولی می‌توانید آن را تصور کنید. فرض کنید در یکی از گوشه‌‌های اتاقی به‌شکل مربع ایستاده‌اید. ۱۰ فوت در امتداد دیوار به سمت گوشه بعدی بروید و بعد ۹۰ درجه بچرخید. دوباره ۱۰ فوت راه بروید و ۹۰ درجه بچرخید.
اگر این کار را دو بار دیگر انجام دهید به همان جایی که اول ایستاده بودید، برمی‌گردید. یعنی یک مربع را کامل کرده‌اید. این هندسه استاندارد اقلیدسی است که همه در دبیرستان یاد گرفتیم. اگر یک بعد دیگر اضافه کنیم، یک جهان مسطح خواهیم داشت.
بیشتر بخوانید: بارش شهابی سال ۲۰۲۴ و نحوه دیدن
بااینحال اگر این کار را در فضای منحنی مثبت که نماینده جهان بسته است انجام دهید، نتیجه متفاوت خواهد بود. این بار از خط استوای زمین شروع کنید و به‌سمت قطب شمال بروید. سپس ۹۰ درجه بچرخید و به‌سمت استوا برگردید. یک بار دیگر ۹۰ درجه بچرخید و به نقطه شروع خود برگردید.
در مثال جهان مسطح، با چهار چرخش به نقطه شروع برمی‌گردید، ولی در مثال جهان بسته فقط باید سه بار بچرخید. اگر گیج شده‌اید، اشکالی ندارد. اجازه دهید مثال دیگری را بررسی کنیم. در جهان مسطح، دو موشکی که کنار هم پرواز می‌کنند همیشه موازی خواهند بود. برعکس، در جهان بسته از هم دور می‌شوند و در امتداد منحنی فضا حرکت می‌کنند. در نهایت، یک دور کامل می‌زنند و در نقطه شروع دوباره به هم می‌رسند. در جهان باز با منحنی منفی، موشک‌ها از هم جدا می‌شوند و هیچ وقت دوباره به هم نمی‌رسند.
بهترین سرنخ‌های شکل جهان در ریزموج زمینه کیهانی (CMB)، یعنی پس‌تاب بیگ بنگ که از هر جهت به‌سمت ما می‌تابد، نهفته است.در طول چند دهه گذشته، دانشمندان مدام نوسان‌های دمای CMB را اندازه‌گیری کرده‌اند (در اصل، مثلثات را در بزرگترین مقیاس ممکن به‌کار برده‌اند) و تقریبا هیچ انحنایی پیدا نکرده‌اند.
جهان مسطح قطعه‌ای کلیدی از مدل استاندارد کیهانشناسی است که به‌عنوان مدل ماده تاریک سرد لامبدا (ΛCDM) نیز شناخته می‌شود (Λ حرف یونانی لامبدا است که به انرژی تاریک اشاره میکند). در اواخر سال ۲۰۱۹، «الساندرو ملکیوری» و همکارانش در مقاله خود نتیجه گرفتند که اندازهگیریهای CMB توسط رصدخانه فضایی پلانک نشان‌دهنده یک جهان بسته است.
آنها میزان هم‌گرایی گرانشی یعنی میزان انحراف نور CMB توسط گرانش ماده در مسیر را تجزیه و تحلیل کردند و رقمی بالاتر از پیش‌بینی مدل ΛCDM به‌دست آوردند. ملکیوری می‌گوید: «اگر به‌جای تلاش برای تطبیق دادن دادهها با مدل اشتباه، فرض جهان مسطح را حذف کنید، انحراف از بین می‌رود.»
پلانک همچنین یک ناهنجاری هم‌گرایی را تشخیص داد، اما آن را خیلی مهم در نظر نگرفت. «آنتونی لوئیس»، کیهان‌شناس در دانشگاه ساسکس در برایتون انگلستان و یکی از اعضای تیم پلانک می‌گوید: «این چیزی است که به‌راحتی می‌توان نادیده گرفت.»
لوئیس مثل بسیاری از محققان این اختلاف را به تصادف آماری نسبت میدهد و می‌گوید: «اگر یک مجموعه داده بزرگ داشته باشید و دنبال چیزهای عجیب و غریب بگردید، حتما آن را پیدا می‌کنید.»
ملکیوری در مقابل معتقد است که دانشمندان نباید داده‌های پلانک را کاملا نادیده بگیرند. منظور او این نیست که جهان بسته است، بلکه این ناسازگاری ممکن است چیز مهمی را به ما بگوید. ملکیوری و همکارانش آن را یک «بحران کیهانی» می‌دانند و می‌گویند: «وقتی جهان را بسته فرض کنید، کمی فاجعه است. زیرا مجموعه‌های داده زیادی وجود دارد که با داده‌های پلانک در تضاد هستند.»
اگر فرضیه جهان مسطح درست باشد، دههها یافتههای نجومی را زیرورو میکند. بااینحال جدا از این دادهها، کوچکترین دلیلی برای تردید درباره مسطح بودن کیهان وجود ندارد. تمام اندازهگیریهای دیگر CMB، مانند اندازهگیریهای تلسکوپ کیهانشناسی آتاکاما (ACT) در شیلی و کاوشگر ناهمسانگرد ریزموج ویلکینسون، با مسطح بودن جهان هستی همخوانی دارند.
داده‌های منابع دیگر، به‌ویژه نوسان‌های صوتی باریونی (ردپاهای امواج صوتی اولیه که پس از بیگ بنگ رخ دادند و در کهکشان‌ها باقی مانده‌اند)، دال بر مسطح بودن کیهان هستند. هر نظریه‌ای که با چنین شواهد گسترده‌ای پشتیبانی شود، بیشتر دانشمندان را نسبت به یک نظریه متمایز دچار شک و تردید میکند.
«اسپرگل» می‌گوید: «مقاله ملکیوری مسخره نیست، زیرا در واقع بخشی از داده‌های پلانک را توصیف میکند که منطبق با انحنای مثبت است. بااینحال هرچه داده‌های بیشتری جمع می‌کنیم، تصویر کاملا ثابتی از یک جهان مسطح می‌بینیم.»
اسپرگل و د‌ه‌ها محقق دیگر ACT داده‌های خود و سایر مجموعه دادهها را با داده‌های پلانک ترکیب کردند. آنها هیچ مدرکی دال بر انحراف از صافی پیدا نکردند که این تفسیر را تایید میکند که انحراف پلانک یک نوسان آماری است.
سایر تحلیل‌های انجام‌شده بعد از انتشار مقاله ملکیوری، از جمله تحلیلی که توسط کیهان‌شناسان دانشگاه کمبریج، «جورج افستاتیو» و«استیون گراتون» انجام شد، به همین نتیجه رسیده‌اند و نتیجه گرفته‌اند که نیازی به به‌روزرسانی مدل ΛCDM نیست.
بنابراین حداقل در حال حاضر، به‌نظر می‌رسد جهان هستی یک صفحه کاغذ سه بعدی است. بااینحال دانشمندان اصرار ندارند که واقعا مسطح است، بلکه از دیدگاه ما این‌طور به‌نظر می‌رسد. مشاهده‌های ما، طبق تعریف محدود به جهان قابل‌مشاهده است، بنابراین ممکن است همه چیز را ندانیم.
اگر جهان منحنی باشد، باید به‌قدری عظیم باشد که کل ۹۳ میلیارد سال نوری که می‌توانیم ببینیم، به‌اندازه کافی بزرگ نباشد تا انحنای آن را آشکار کند. انگار در مه ایستاده‌ایم و فقط بخش کوچکی از زمین را می‌بینیم که صاف است اما جایی خارج از دید ما، افق ثابت میکند که روی یک کره زندگی می‌کنیم. وقتی می‌گوییم جهان مسطح است، منظور این است که اندک چیزی که از جهان هستی می‌بینیم، با بخشی از یک سطح صاف بودن سازگار است.
