إذا كان بعض جوانب الطوبولوجيا الكونية صحيحة، فإن فكرة أن السفن الفضائية قد تسافر عبر الكون لمئات الآلاف من السنين الضوئية دون العودة إلى نفس عنق الزمكان قد تكون محل تساؤل. فبعض الجوانب الطوبولوجية يمكن أن توحي بأن الكون هو نوع من الأشكال المغلقة. وهذا يعني أنه في بعض السيناريوهات، إذا اتجهت المركبة الفضائية في اتجاه واحد لفترة طويلة، فقد تعود في نهاية المطاف إلى نقطة البداية.

في بعض الحالات، يمكن أن يكون هناك مسار فعلي ومستقيم يعيدك إلى حيث بدأت، ولكن هذا لا يعني أنك ستعود إلى الوقت الذي بدأت فيه. كما يوضح أندرو جافي، أستاذ علم الكونيات والفيزياء الفلكية في إمبريال كوليدج لندن، إذا أرجعك السفر إلى النقطة الزمنية والمكانية الأصلية، فقد يكون لديك ما يسمى “منحنى الزمن المغلق” أو آلة الزمن. النموذج الحالي للكون هو أنه مسطح ولامتناهي في جميع الاتجاهات، لكن الطوبولوجيا العالمية قد تنقض هذه البديهية في بعض الظروف.

تتميز الطوبولوجيا بإمكانية وجود خصائص حلقات مغلقة وغير قابلة للتقلص. ووفقًا لبحث حديث نشرت نتائجه في مجلة علم الفلك الطبيعة، إذا تمكنت من السفر لمسافة كافية في اتجاهات معينة على طول حلقة، فقد تعود إلى نقطة البداية.

يعمل علماء الفيزياء الفلكية مثل جافي على تحديد بصمات هذه الأنواع من الطوبولوجيا من خلال الملاحظات الكونية الواسعة. ويفترض أن الطوبولوجيا الكونية قد تترك بصمات دقيقة على الخلفية الكونية الميكروية (CMB) وعلى توزيع المادة في الكون، مما قد يؤدي إلى كسر التجانس على مقاييس أكبر.

يعتبر إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف الذي يُعتبر أبعد ما يمكن ملاحظته حاليًا في الزمن الكوني، يمثل الضوء الذي تفاعل آخر مرة مع المادة بعد حوالي 380 ألف سنة من الانفجار الكبير. لقد قام علماء الكون بمراقبة هذا الإشعاع منذ ستينيات القرن الماضي، لكن في بداية القرن الواحد والعشرين، أصبح لديهم الحساسية اللازمة لرؤية الأنماط التي قد تدل على الطوبولوجيا.

أنماط تتجاوز CMB

بدأت الانطلاقة الحديثة للطوبولوجيا الكونية في أواخر التسعينيات عندما أدرك العلماء أنه يمكن استخدام الأنماط في CMB للبحث عن الطوبولوجيا. حسب ما ذكره جافي، كانت هناك تقدمات مهمة منذ ذلك الحين، مثل البيانات الواردة من القمر الصناعي WMAP وما تلاها من بيانات ذات جودة أعلى.

ومع ذلك، لم تتحسن البيانات كثيرًا منذ تلك الفترة.

في السنوات الأخيرة، أسس جافي وزملاؤه مجموعة تسمى COMPACT (التعاون من أجل الملاحظات والنماذج والتنبؤات بالشذوذات والطوبولوجيا الكونية)، والتي تضم حوالي عشرين عالمًا دوليًا يعملون على هذه القضية الطوبولوجية.

يقول جافي إن جهودهم مع COMPACT تهدف لوضع هذه النتائج في إطار نظري رياضي كامل وتفاصيل الطوبولوجيا المحتملة التي يمكن أن تصف كوننا. إن وجود خريطة حقيقية ثلاثية الأبعاد للكون سيكون له تأثير كبير في تحديد الطوبولوجيا الكونية، متجاوزين دراسة الحالات الشاذة على سطح الخلفية الكونية الميكروية، ويشير إلى أهمية دراسة الغاز والمجرات وعناقيد المجرات.

الهدف هو التعرف على الأنماط المتكررة من خلال دراسة أكبر قدر ممكن من الكون.

التوقيع المنبئي للطوبولوجيا الكونية

يسلط جافي الضوء على أنه إذا وُجدت “تعريفات” للطوبولوجيا الكونية، فقد يعني ذلك أن منطقتين في السماء تبدوان متباعدتين قد تكونان قريبتين في الواقع. في أبسط الحالات، قد تعني أنماط الCMB وجود دائرة على جانب من السماء تشبه نمط دائرة أخرى في مكان بعيد.

يستخدم جافي تشبيه الطارة ثلاثية الأبعاد، وهو شكل يشبه الحلقة أو الكعكة الدائرية. ويُشبه حركة الطارة بحركة دائرة تدور حول “أنبوب” الكعكة، مما يشير إلى نوع الطوبولوجيا المستهدفة.

مجموعات المجرات الطوبولوجية

يمكن أن توجد أيضًا بصمات للطوبولوجيا بين مجموعات المجرات التي تعكس بعضها البعض عبر الكون، لكن من الصعب ملاحظتها. لأنها تتطلب حجم هيكلي كبير، يجعل من الصعب مراقبة هذه التوائم بسبب المسافات البعيدة. حتى إذا استطاع علماء الفلك مراقبة الكون على هذه المقاييس الكبيرة، فقد تكون الظواهر الطوبولوجية بعيدة عن متناولنا على المدى البعيد.

أكبر بنية موجودة على الإطلاق – الشبكة الكونية من الغاز والمادة المظلة الممتدة عبر مليارات السنين الضوئية، وتربط بين المجرات

قد نكون محظوظين، فقد توجد أدلة على الطوبولوجيا الكونية في البيانات الموجودة، أو قد يتم تجميعها في السنوات القادمة من خلال حملات لمراقبة CMB وتوزيع وسرعات المجرات.

الخط السفلي

نحن بحاجة لمعرفеة حجم الكون: فلو كان الكون كبيرًا جدًا – أكبر بكثير من المسافة إلى مجال CMB – فلن نتمكن من اكتشافه، كما يخلص جافي.