به گزارش اطلاعات آنلاین و به نقل از Universe Today، اندازه گیری نور باستانی از پس زمینه مایکروویو کیهانی نشان می دهد که جهان هستی به طور قابل توجهی تخت است. اما این ثابت نمی کند که بی نهایت است، زیرا کیهان قابل مشاهده می تواند تنها قطعه کوچکی از یک جهان خمیده بسیار بزرگتر باشد. فضا حتی می تواند صاف باشد در حالی که به روش های عجیب و غریب روی خود پیچیده می شود.

زمین سطح محدودی دارد. ما می‌توانیم آن را اندازه‌گیری کنیم و اگر خود سیاره در حال انبساط باشد، آن سطح با گذشت زمان افزایش می‌یابد. به طور شگفت‌آوری، سیاره آشنای ما همچنین راهی مفید برای فکر کردن به موضوعی بسیار دشوارتر ارائه می‌دهد: اینکه جهان فراتر از منطقه‌ای که می‌توانیم مشاهده کنیم، چگونه می‌تواند باشد.

ساده‌ترین فرض این است که فراتر از افق کیهانی ما، جهان بیشتری وجود دارد. ستاره‌های بیشتر، کهکشان‌های بیشتر. ویدیوهای گربه‌های تولید شده توسط هوش مصنوعی بیشتر در فضای مجازی. این شبیه به این است که در جایی روی زمین بایستید و فرض کنید که فراتر از افق مرئی شما، زمین بیشتری وجود دارد.

اما کل جهان، شامل هر چیزی فراتر از آنچه می‌توانیم ببینیم، چقدر بزرگ است؟ پاسخ ناامیدکننده این است که ممکن است هرگز نفهمیم.

محدودیت‌های جهان قابل مشاهده

مرز جهان قابل مشاهده صرفاً دورترین فاصله‌ای نیست که تلسکوپ‌های ما در حال حاضر می‌توانند به آن برسند. این نشان دهنده محدودیت عمیق‌تری در مورد اطلاعاتی است که می‌توانند به ما برسند. جهان حاوی مقدار محدودی از اطلاعات است که می‌تواند برای ما قابل دسترسی باشد، حتی اگر مدت زمان دلخواهی صبر کنیم.

فراتر از آن مرز، ما مجبور به استنباط و گمانه‌زنی هستیم.

یک احتمال سرراست است: جهان بی‌نهایت است. فضا به سادگی تا ابد ادامه دارد و هیچ نقطه پایانی ندارد. اما احتمال دیگر این است که جهان متناهی است.

این بلافاصله یک سوال واضح را مطرح می‌کند. چگونه چیزی می‌تواند بدون داشتن لبه، متناهی باشد؟

زمین پاسخ را می‌دهد. سطح سیاره ما مساحت محدودی دارد، اما کسی که در امتداد آن سطح سفر می‌کند هرگز با مرزی مواجه نمی‌شود که زمین ناگهان به پایان می‌رسد. بله، اگر سطح آن را در بعد سوم رها کنید و به فضای بیرونی بروید، زمین لبه دارد اما این نکته را از دست می‌دهد. خود سطح دو بعدی متناهی است و مرزی ندارد زیرا به عقب خم می‌شود.

چگونه هندسه انحنا را آشکار می‌کند!

ما نیازی به ترک زمین نداریم تا ثابت کنیم که سطح آن منحنی است. ریاضیات چندین راه برای تشخیص انحنا در حالی که کاملاً روی سطح باقی می‌مانیم، به ما می‌دهد.

مثلث‌ها یک مثال ارائه می‌دهند. در یک صفحه کاملاً صاف، سه زاویه داخلی یک مثلث تا ۱۸۰ درجه جمع می‌شوند.

اما تصور کنید که خطوط عظیمی را بین سه شهر بسیار دور از هم روی زمین بکشید. مثلث حاصل مانند مثلثی که روی یک ورق کاغذ رسم شده باشد، رفتار نخواهد کرد. مجموع زوایای داخلی آن بیش از ۱۸۰ درجه خواهد بود زیرا سطح زیر آن منحنی است.

خطوط موازی سرنخ دیگری ارائه می‌دهند. در یک صفحه مسطح، خطوط موازی هرگز به هم نمی‌رسند. با این حال، روی یک سطح منحنی، خطوطی که موازی شروع می‌شوند، در نهایت می‌توانند همگرا شوند.

تصور کنید که من و شما از نقاط مختلفی در امتداد خط استوا شروع می‌کنیم و مستقیماً به سمت شمال حرکت می‌کنیم. در نهایت، مسیرهای ما در قطب شمال به هم می‌رسند. هیچ یک از ما به سمت دیگری نچرخیدیم. سطح زمین در زیر ما منحنی بود.

ستاره‌شناسان می‌توانند آزمایش‌های هندسی مشابهی را روی خود جهان انجام دهند.

نور باستانی، شکل فضا را آزمایش می‌کند

یکی از قدرتمندترین ابزارها، تابش زمینه کیهانی یا CMB است.این تابش باستانی زمانی آزاد شد که جهان اولیه به اندازه‌ای سرد شد که نور می‌توانست آزادانه از میان آنچه قبلاً پلاسمای داغ و متراکم بود، عبور کند. دانشمندان بخش زیادی از فیزیک پلاسمای مربوطه را درک می‌کنند (ما درک مناسبی از پلاسماها در اینجا روی زمین داریم)، ​​که به آنها اجازه می‌دهد پیش‌بینی کنند چه الگوهایی باید در این درخشش باستانی ظاهر شوند.

این پیش‌بینی‌ها شامل تغییرات دمایی کوچک پراکنده در سراسر CMB است و این تغییرات دقیقاً همان چیزی است که ستاره‌شناسان مشاهده می‌کنند.

مهمتر از همه، دانشمندان می‌توانند محاسبه کنند که این تکه‌های دما چقدر باید بزرگ باشند. اگر فضا به شدت خمیده باشد، نوری که در میلیاردها سال نوری به سمت ما حرکت می‌کند، مسیرهای تغییر یافته‌ای را دنبال می‌کند. این اعوجاج، اندازه ظاهری الگوها را تغییر می‌دهد.

بنابراین، ستاره‌شناسان می‌توانند اندازه مشاهده شده از ویژگی‌های CMB را با اندازه پیش‌بینی شده برای هندسه‌های مختلف کیهانی مقایسه کنند. این ویژگی‌ها اساساً در مقیاس مورد انتظار برای فضای مسطح ظاهر می‌شوند. به همین دلیل است که دانشمندان می‌گویند جهان از نظر هندسی مسطح به نظر می‌رسد.

پس آیا معما حل شده است؟ آیا یک جهان تخت به طور خودکار به معنای یک جهان بی‌نهایت است؟

نه کاملاً.

تخت لزوماً به معنای بی‌نهایت نیست

تصور کنید که سعی می‌کنید انحنای زمین را در حالی که به همسایگی خودتان محدود شده‌اید، اندازه‌گیری کنید. این منطقه تقریباً تخت به نظر می‌رسد. مثلث‌های کوچک تقریباً همانطور رفتار می‌کنند که اقلیدس پیش‌بینی کرده بود و مسیرهای موازی کوتاه به طور قابل توجهی همگرا نمی‌شوند.

مشکل این نیست که زمین در واقع تخت است. منطقه اندازه‌گیری شما در مقایسه با اندازه سیاره بسیار کوچک خواهد بود.

چیزی مشابه می‌تواند در مورد جهان نیز صادق باشد.

اندازه‌گیری‌های ما محدود به کیهان قابل مشاهده است. در آن منطقه عظیم، فضا بسیار تخت به نظر می‌رسد. اما جهان خارج از ناحیه قابل مشاهده ما می‌تواند بسیار بزرگتر باشد.

بنابراین ممکن است که جهان دارای انحنایی باشد که فقط در مقیاس‌های بسیار بزرگتر از آنچه می‌توانیم به آن دسترسی داشته باشیم، آشکار می‌شود (می‌دانم که ده‌ها میلیارد سال نوری دقیقاً کوچک نیست، اما در مقایسه با بزرگی جهان قابل مقایسه است.}

اگر چنین باشد، فضا در نهایت ممکن است به دور خود خمیده شود.

در اصل، این می‌تواند به این معنی باشد که سفر مداوم در یک جهت در نهایت شما را به جایی که شروع کرده‌اید بازمی‌گرداند، همانطور که سفر به دور زمین می‌تواند شما را به نقطه شروعتان بازگرداند.

در عمل، انبساط جهان، مناطقی فراتر از افق کیهانی ما را برای همیشه دور از دسترس قرار می‌دهد، بنابراین چنین سفری همچنان یک آزمایش فکری نظری است.

اما اوضاع می‌تواند حتی عجیب‌تر هم شود.

جهان می‌تواند تخت باشد و همچنان به دور خود بپیچد

یک جهان می‌تواند از نظر هندسی تخت باشد بدون اینکه در هر جهتی نامتناهی باشد. برای درک چگونگی آن، یک صفحه کاغذ تخت را تصور کنید. مثلث‌ها و خطوط موازی را روی آن بکشید. حالا کاغذ را بدون کشیدن یا پاره کردن به شکل استوانه خم کنید.

به صورت محلی، هندسه تخت باقی می‌ماند. مثلث‌ها هنوز مانند مثلث‌های معمولی رفتار می‌کنند و خطوط موازی هنوز مانند خطوط موازی رفتار می‌کنند. با این حال، اکنون یک جهت به دور خود می‌چرخد. این تفاوت بین هندسه و توپولوژی را برجسته می‌کند.

هندسه ویژگی‌هایی مانند انحنا را توصیف می‌کند. توپولوژی نحوه اتصال گسترده‌تر یک فضا را توصیف می‌کند. جهان قابل مشاهده از نظر هندسی تخت به نظر می‌رسد. اما این به طور خودکار به ما نمی‌گوید که آیا یک یا چند بُعد ممکن است دور خود بپیچند و دوباره به هم متصل شوند در حالی که به صورت موضعی صاف باقی می‌مانند.

توپولوژی امکان برخی احتمالات بسیار عجیب را فراهم می‌کند.

یک نوار موبیوس را می‌توان با اتصال انتهای یک نوار پس از ایجاد یک پیچش ایجاد کرد. یک بطری کلاین را می‌توان به عنوان یک سطح متصل غیرمعمول دیگر در نظر گرفت. استوانه‌ها، دونات‌ها، نوارهای موبیوس و بطری‌های کلاین همگی می‌توانند نشان دهند که چگونه فضاهایی با هندسه موضعی صاف می‌توانند ساختارهای کلی بسیار متفاوتی داشته باشند.

در فضای سه بعدی، ریاضیدانان ۱۷ توپولوژی مجزا را شناسایی کرده‌اند که همگی می‌توانند از نظر هندسی صاف باقی بمانند. یک مثال جالب توجه، فضای هانتزشه وندت است که شامل ساختارهای تکرارشونده مربوط به الگوهای شش ضلعی است.

دانشمندان به دنبال حلقه‌های کیهانی بوده‌اند

ستاره‌شناسان به دنبال شواهدی مبنی بر اینکه جهان دارای توپولوژی بسته است، بوده‌اند.

یک استراتژی، جستجوی الگوهای تکرارشونده در تابش زمینه کیهانی است. استراتژی دیگر، جستجوی کهکشان‌هایی است که ممکن است در مکان‌های مختلف در دو طرف آسمان ظاهر شوند، زیرا نور آنها از جهانی عبور کرده است که به دور خود می‌پیچد.

تاکنون، محققان هیچ مدرک قانع ‌کننده‌ای مبنی بر وقوع این اتفاق پیدا نکرده‌اند.

بر اساس هر آنچه که در حال حاضر می‌توانیم مشاهده کنیم، جهان هم از نظر هندسی مسطح و هم از نظر توپولوژیکی ساده به نظر می‌رسد. به عبارت دیگر، هیچ نشانه‌ای مبنی بر اینکه ابعاد آن به دور خود حلقه می‌زنند، شناسایی نشده است.

اما بار دیگر، افق کیهانی ما یک محدودیت اساسی ایجاد می‌کند. اگر مقیاس هر یک از این حلقه‌ها بزرگتر از جهان قابل مشاهده باشد، ممکن است هرگز نتوانیم آن را تشخیص دهیم.

این بدان معناست که ما با اطمینان ندانیم که آیا کل جهان نامتناهی، محدود، منحنی یا به شکلی بزرگتر و عجیب‌تر به هم متصل است.

چندجهان وجود دارد.

در برخی از ایده‌های کیهان‌شناسی، هر آنچه که ما جهان می‌نامیم، از جمله مناطقی بسیار فراتر از افق قابل مشاهده ما، ممکن است تنها یک حباب در میان حباب‌های بی‌شمار دیگر باشد. این حباب‌ها می‌توانند از یکدیگر دور شوند در حالی که مناطق جدید، آغازهایی شبیه به بیگ بنگ خود را تجربه می‌کنند.