لقد أوضح الفيزيائيون الأبعاد المحتملة للكون

تصف معظم النماذج الكونية الحديثة الكون كمساحة ذات هندسة معينة – مسطحة أو منحنية بشكل إيجابي أو سلبي (أي تشبه المستوى أو الكرة أو “السرج” على التوالي). ومع ذلك، الهندسة والطوبولوجيا ليسا نفس الشيء. يصف الأول كيفية “انحناء” الفضاء على نطاق صغير، ويصف الثاني كيفية عمله ككل. ولذلك، فإن الفضاء الذي له نفس الهندسة يمكن أن يكون له بنية عالمية مختلفة. اعتمادًا على مزيج الهندسة والطوبولوجيا، يمكن أن يكون الكون إما لانهائيًا أو محدودًا، ولكن في نفس الوقت ليس له حدود. لا يستطيع علماء الفلك سوى دراسة الكون المرئي، وهي المنطقة من الفضاء التي تمكن الضوء من الوصول إلينا طوال فترة وجوده. وفقًا للتقديرات الحديثة، المستندة إلى بيانات من بعثتي WMAP وPlanck الفضائيتين، يبلغ قطر الكون المرئي حوالي 93 مليار سنة ضوئية. كل شيء خارج هذه المنطقة لا يمكن الوصول إليه بعد للملاحظات المباشرة. لذلك، لا يستطيع العلماء الحكم على البنية العالمية للكون إلا من خلال الأدلة غير المباشرة داخل الجزء المرئي من الكون. تم تخصيص مراجعة جديدة للتعاون الدولي COMPACT، والتي تم إعدادها لمجلة Nature Astronomy، للبحث عن مثل هذه العلامات. وقد لخص مؤلفوها نتائج عقود من البحث في الطوبولوجيا الكونية، وهو فرع من علم الكون يدرس الشكل العالمي للفضاء. إذا كان الكون “مغلقًا” حقًا بطريقة خاصة، فيمكن للضوء الصادر من الأجسام البعيدة أن ينتقل عبر عدة مسارات ويصل إلى الراصد من اتجاهات مختلفة. في هذه الحالة، من حيث المبدأ، قد تظهر الصور المتكررة لنفس المناطق من الفضاء.

تعتبر مثل هذه التأثيرات بمثابة مظاهر محتملة للبنية العالمية المعقدة للفضاء – ما يسمى بالطوبولوجيا غير التافهة، حيث يمكن هيكلة الفضاء بشكل أكثر تعقيدًا بكثير من أبسط النماذج الكونية. تظل إحدى الأدوات الرئيسية للبحث عن مثل هذه التأثيرات هي إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف – وهو توهج ضعيف للميكروويف محفوظ منذ أن كان عمر الكون حوالي 380 ألف عام. نظرًا لأنها تملأ السماء بأكملها، فإن أي سمات للبنية العالمية للفضاء يجب أن تترك آثارًا مميزة فيها. الطريقة الأكثر شهرة كانت منذ فترة طويلة البحث عن ما يسمى بالدوائر المتزامنة. النقطة المهمة هي أنه إذا تم تطويق الفضاء بطريقة معينة، فيمكن للمراقب رؤية نفس المنطقة من الكون المبكر في اتجاهات مختلفة. ثم يجب أن تظهر أزواج من الدوائر بنفس نمط تقلبات درجات الحرارة على خريطة CMB. وعلى الرغم من البحث عن إشارات مماثلة في البيانات الواردة من الأقمار الصناعية WMAP وPlanck، إلا أنه لم يتم العثور على علامات مقنعة للبنية العالمية المعقدة للفضاء. لكن هذا لا يعني أن مثل هذا الاحتمال مستبعد تماما. غطت معظم التحليلات مجموعة محدودة فقط من النماذج ولم تأخذ في الاعتبار التنوع الكامل للأشكال الممكنة للفضاء.

علاوة على ذلك، فإن علامات الطوبولوجيا غير التافهة يمكن أن تظهر ليس فقط في شكل دوائر متزامنة. يجب أن تترك المتغيرات المختلفة للبنية العالمية للكون آثارًا إحصائية أكثر دقة في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي – على سبيل المثال، إنشاء ارتباطات غير عادية بين الأجزاء البعيدة من السماء. وقد أظهرت الأساليب الرياضية للبحث عن مثل هذه التأثيرات التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة أن حساسيتها يمكن أن تكون أعلى بكثير من الأساليب السابقة. في هذا الصدد، من المثير للاهتمام بشكل خاص ملاحظات استقطاب إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف – وهو نمط خاص في ضوء الكون القديم، والذي احتفظ بالمعلومات حول تاريخه المبكر. على سبيل المثال، ستتمكن مهمة LiteBIRD الفضائية القادمة من قياسها بدقة غير مسبوقة. إذا كانت التأثيرات الطوبولوجية موجودة بالفعل، فإن البيانات الجديدة ستساعد في اكتشافها. وينطبق الشيء نفسه على المسوحات الكبيرة لتوزيع المجرات، والتي من خلالها يمكن دراسة بنية الكون المرئي ليس في خريطة ثنائية الأبعاد للسماء، ولكن في ثلاثة أبعاد. حتى الآن، لم يتم تأكيد أي من فرضيات الطوبولوجيا غير التافهة. ومع ذلك، ترك مؤلفو المراجعة هذا السؤال مفتوحًا. إذا ساعدت الملاحظات المستقبلية في تحديد علاماته، فسيصبح هذا أحد أهم اكتشافات العلم الحديث وسيجعل من الممكن لأول مرة تحديد ليس فقط الهندسة، ولكن أيضًا الشكل العالمي للكون.