זוהר המפץ הגדול מרמז כי ליקום צורת משפך

האם צורתו של היקום היא כשל קרן עתיקה? זה עשוי להישמע כחלום סוריאליסטי, אך פרנק סטיינר מאוניברסיטת אולם בגרמניה טוען, שתצפיות מרמזות על כך שצורת היקום היא כשופר ארוך, לו קצה אחד צר וקצה שני מתרחב. כמו כן משמעות הדבר היא שהמרחב סופי

האם צורתו של היקום היא כשל קרן עתיקה? זה עשוי להישמע כחלום סוריאליסטי, אך פרנק סטיינר מאוניברסיטת אולם בגרמניה טוען, שתצפיות מרמזות על כך שצורת היקום היא כשופר ארוך, לו קצה אחד צר וקצה שני מתרחב. כמו כן משמעות הדבר היא שהמרחב סופי.

המודל המוזר הזה עשוי להסביר שתי עדויות תצפיתיות, שמבלבלות קוסמולוגיים. הראשונה היא דפוס האזורים החמים והקרים בקרינת הרקע הקוסמית, שנותנת לנו הצצה אל היקום רק 380,000 שנה לאחר המפץ הגדול.

הדפוס הזה מופה בדייקנות בשנת 2003 על ידי לווין ה-WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) של נאס”א. ה-WMAP גילה, שהדפוס נעלם בקנה המידה הגדול ביותר: אין כתמים ברורים של אזורים חמים וקרים.

סטיינר וקבוצתו טוענים, שיקום סופי בצורת משפך תואם לתצפיות. פשוט אין בו מספיק מקום להכיל אזורים גדולים.

לפי המודל שלהם, נפחו של היקום כיום הוא כעשר בחזקת 23 שנות אור מעוקבות. כאשר היקום היה רק בן 380,000 שנה, גודלו היה חלקיק קטן מהגודל הנוכחי, קטן מדי מכדי לאפשר תנודות גדולות בטמפרטורה.

במודל הזה, שנקרא טופולוגיית פיקארד (Picard Topology), היקום מתעקם בדרך מוזרה. קצהו האחד ארוך באופן אינסופי, אך הוא כה צר, שנפחו סופי. בקצה השני, המשפך מתרחב, אך לא לעד – אם יכולת לטוס לכיוון הקצה המתרחב בחללית, בנקודה מסוימת תמצא את עצמך טס חזרה פנימה בצד השני של הקרן (ראה תרשים).

מודלים דמויי משפך הוצעו זה מכבר בשנות ה-1990 כדי לפתור סטייה דומה, שנצפתה על ידי לווין הקובי (COBE). הקבוצה של סטיינר היא הראשונה להראות, שהרעיון הזה מתאים למידע מה-WMAP. בשנת 2003 קבוצה נוספת טענה שהיקום סופי.

במודל של הקבוצה הזאת, לחלל יש צורה של כדור רגל, אך המודל הזה נקלע לקשיים. היה עליו להותיר אות ברור בקרינת המיקרו – מערך של מעגלים, שמשקפים את דפוס הכתמים אחד של השני – אך ככל הנראה, המעגלים האלה אינם קיימים.

את מודל המשפך קשה יותר לפסול כך. גם הוא היה מותיר מעגלים תואמים, אך דפוסם תלוי בחלק השופר בו אנו נמצאים. “המחקר שפרסמנו על המעגלים התואמים ככל הנראה אינו פוסל את טופולוגיית פיקארד,” אומר ניל קורניש מאוניברסיטת מונטנה בבוזמן.

למודל טופולוגיית פיקארד יתרון נוסף. בהנחה שהחלל שטוח, כפי שאומרת הקוסמולוגיה הקונבנציונלית, הכתמים הקטנים ביותר בקרינת המיקרו חייבים להיות עגולים. אך הם לא עגולים. “אם אתה מסתכל על המבנים הקטנים ביותר, הם נראים כמו אליפסות קטנות,” אומר סטיינר. העיקום של היקום בצורת המשפך יכול להסביר את זה. אם אתה מתבונן בחלק קטן כלשהו של המשפך, הוא בצורת אוכף, כמו חטיף צ'יפס פרינגלס – מתעקם למטה בכיוון אחד ומתעקם מעלה בכיוון המאונך לו. היקום בעל העקמומיות השלילית הזאת יתפקד כעדשה כרוכה ויגרום לנו לראות את הכתמים העגולים הקדמוניים כאליפסות. ביכולתם של המתמטיקאים לבנות אינסוף סוגים שונים של חלל בעל עקמומיות שלילית, שרובם בעלי קרן אחת או יותר, ורבים מהמודלים האלה יתאימו לתצפיות. טופולוגיית פיקארד, לעומת זאת, היא הצורה הפשוטה ביותר.

המודל יאלץ מדענים לנטוש את “העיקרון הקוסמולוגי”, שגורס כי כל חלקי היקום הם בערך אותו הדבר. “אם מישהו ימצא את עצמו במקרה בקצה הצר של המשפך, הכל ייראה לו מאוד מוזר, שכן יש רק שני מימדים זעירים,” אומר הולגר תן, חבר בצות.

בנקודה מספיק מרוחקת, תוכל לראות את החלק האחורי של הראש שלך. זה יהיה מקום מעניין לחקור – אך ככל הנראה, אנו יותר מדי רחוקים מהקצה הצר של המשפך מכדי לחקור אותו בעזרת הטלסקופים שלנו.

אולם, שתי התצפיות החשובות ביותר עדיין אינן חד משמעיות, והן עשויות להיות רק סטיות סטטיסטיות. במהלך השנה הקרובה ה-WMAP וניסויים נוספים יבדקו האם הפרעות גדולות באמת אינן נמצאות והאם הקטנות באמת אליפטיות.

אם הן אכן קיימות, העקמומיות של היקום שלנו היא כמו של פרינגלס, צורתו כמשפך והוא נקרא על שם דמות ב”מסע בין כוכבים”. המציאות עולה על כל דמיון.
עוד באתר הידען:
עידן חדש במדידה מדויקת של היקום
חידת החומר האפל