לאינשטיין היו סיבות טובות לחוש קורת רוח מתורתו המהפכנית. היקום שנשקף לעיניו ב־1917 היה מורכב מאסופת הכוכבים של גלקסיית שביל החלב, שייצגה עולם איזוטרופי (דומה בכל כיוון) והומוגני (דומה בכל מקום). היה זה עולם נייח, נצחי, סופי במרחב ואינסופי בזמן. אבל כאשר אינשטיין החיל את משוואותיו על עולם זה התקבלה דווקא תמונה דינמית של יקום מתכנס או מתפשט, בשום פנים לא נייח. הואיל וכך הוא הוסיף אבר מתמטי למשוואתיו (הקבוע הקוסמולוגי), המנטרל מהן את הנטייה הדינמית של היקום. מאחורי קבוע קוסמולוגי זה, המסומן באות היוונית למדא, ניצבה ההנחה שלמרחב יש אנרגיה המתנגדת הן להתכנסות (עקב כוח הכבידה) והן להתפשטות (עקב התמתחות המרחב). אינשטיין האמין שהאבר החדש לא רק מיישב את משוואותיו עם נייחות היקום, כי אם גם נותן מענה לפרדוקס ישן, שכבר ניוטון עמד עליו: הכוח הצנטריפוגלי הסביר מדוע כוכבי הלכת אינם נופלים לתוך השמש, אבל לא היה בה כדי להסביר למה המשיכה ההדדית בין כוכבי השבת אינה גורמת להם לקרוס אל מרכז היקום. פרדוקס דומה ניצב לפני היינריך אולברס ב־1823. אולברס הציג שאלה תמימה כביכול: מדוע השמים חשוכים? אם אור היום נובע מהשמש, ואם השמש היא אך כוכב אחד מאינספור כוכבים הפזורים באופן אחיד ביקום אינסופי, אזי כל קו דמיוני שנמתח מהעין לכל נקודה בשמים חייב לפגוש בדרכו כוכב. לפיכך היקום חייב להיות מואר. אף על פי כן הוא חשוך.

פרדוקסים אלה הציקו גם לאינשטיין. אם היקום נייח, אזי עליו לקרוס, אבל אם יקרוס – משמע שאינו יציב, כמתחייב מהמודל הקוסמולוגי שהוא צידד בו. ולהפך, אם היקום מתפשט משמע אינו נייח, ואולי גם אינו נצחי, שכן אי שם בעברו, לפני שהחלה ההתפשטות, היתה חייבת להיות לו התחלה. אינשטיין האמין שהקבוע הקוסמולוגי נותן מענה לפרדוקס הזה, אבל רבים חלקו עליו. האסטרונום דה סיר הראה ב־1917 כי ניתן לקבל פתרון של מרחב־זמן עם הקבוע הקוסמולוגי גם בהיעדר חומר, ועל כן היקום אינו בהכרח סטטי. ב־1922 פיתח המתמטיקאי אלכסנדר פרידמן מודלים של עולמות מתפשטים ומתכנסים ללא סיוע הקבוע הקוסמולוגי. גם אדינגטון הראה ב־1930 שהיקום של אינשטיין אינו סטטי. אינשטיין הוסיף לעמוד על שלו גם כאשר דה סיטר הציג לו מידע ממצפה לאוול שבאריזונה, אשר רמז על התרחקותן המהירה של ערפיליות רחוקות. הוא דחה את הסתייגויות מתנגדיו בטענה שהם טעו בחישוביהם. מי שהצליח לשכנע את אינשטיין כי המפתח לקושיות של ניוטון, של אולברס ושלו נמצא בהתפשטות היקום, היה האסטרונום אדווין האבּל (Hubble).

כבר זמן רב לפני האבל זיהו אסטרונומים גופים שמימיים מוזרים בתוך גלקסיית שביל החלב, שכונו ערפיליות ספירליות¹. ב־1925 שהה האבל במצפה הכוכבים בהר וילסון שבקליפורניה, שבפסגתו ניצב הטלסקופ הגדול ביותר באותה עת. הוא גילה בזרועותיה של הערפילית הספירלית אנדרומדה מספר ניכר של כוכבים פועמים (ספיאדים), המשנים את זוהרם במחזוריות קבועה. על פי עוצמת האור של כוכבים אלה חישב האבל את מרחקם והגיע למספר מפתיע: מיליון שנות אור לערך. תגלית זו שיכנעה סופית את האבל שאנדרומדה וערפיליות אחרות, חיוורות ורחוקות ממנה, אינן עננות זניחות של גזים וגם לא גרמי שמים אינטגרליים של גלקסיית שביל החלב, כפי שסברו, אלא גלקסיות עצמאיות לכל דבר המאכלסות את מרחבי היקום. מסקנתו של האבל סתרה את הדעה הרווחת ששביל החלב היא הגלקסיה היחידה ביקום, ולמעשה – היקום כולו.

ב־1929 פירסם האבל את תגליתו העיקרית, שהנציחה את שמו בפנתאון אנשי המדע הדגולים בכל הזמנים, אשר לפיה היקום מצוי בהתפשטות מתמדת וכי הגלקסיות המאכלסות אותו מתרחקות זו מזו. בהתאם לאפקט דופלר² הראה האבל, שככל שהגלים מתארכים הם סוטים לכיוון האדום, ולהפך – ככל שהם מתקצרים תדירותם עולה, והם נוטים לכיוון הכחול. הואיל וכך, צבע הקרינה של גלקסיה יכול לגלות לנו אם היא נעה לעברנו או מתרחקת מאתנו. האבל ניסח חוק הקרוי על שמו, חוק האבל, שלפיו ההיסט של הגלקסיות לאדום גדל באופן מתכונתי (פרופורציוני) למרחקן מאתנו. כלומר גלקסיה א', הרחוקה מאתנו פי שניים מגלקסיה ב', מתרחקת מאתנו במהירות כפולה. בכך סיפק האבל לאסטרונומים סרגל קוסמי למדידת מרחקם של גרמי השמים מאתנו ביקום דמוקרטי להפליא, שבו כל אחד ממיליארדי מיליארדי הכוכבים המאכלסים אותו הוא מרכז היקום. שכן העובדה שמנקודת התצפית שלנו על פני כדור הארץ אנו רואים את הגלקסיות בורחות מאתנו אינה ייחודית לנו. אילו ניצבנו בכל נקודה אחרת ביקום היינו רואים אותה תמונה עצמה, משל היתה הגלקסיה שלנו נקודה אחת מני נקודות רבות מספור על פני בלון מתנפח³. בכך השלים עיקרון קוסמי זה של הומוגניות ואיזוטרופיות את התהליך שפתח בו קופרניקוס: לא זו בלבד שכדור הארץ איננו מרכז היקום, גם הגלקסיה שלנו לא שוכנת בטבורו.

אינשטיין הסתייג ממסקנותיו של האבל, והמשיך לצדד במודל היציב והנייח של העולם. רק ב־1932, בפגישתם בהר וילסון, השתכנע מהממצאים התצפיתיים שהוצגו בפניו וקיבל עליו את המודל הדינמי של היקום. בהזדמנות זו הודה באוזני האבל שהקבוע הקוסמולוגי שלו היה שגוי, וכי מודל היקום המבוסס על הפתרונות של פרידמן למשוואותיו הוא הנכון (פולסינג, הערה 34). בספר הפואמות של טניסון מופיעים שני שירים על היקום, שווים במשקלם, אך מנוגדים בתוכנם⁴. שיר אחד (Nothing Will Die) מציג תמונה של עולם נצחי, עולם שלא נולד ולעולם לא ימות, עולם משתנה אבל לא נעלם, שפלגי המים ממשיכים לזרום בו, שהרוח ממשיכה לנשוב בו, שהעננים מוסיפים בו לברוח והלב ממשיך בו לפעום. בשיר השני (All Things Will Die) רואה טניסון בעיני רוחו כיצד הנחלים חדלים לזרום, הרוח חדלה לנשוב, העננים חדלים לברוח והלב חדל לפעום, כי כל הדברים חייבים למות. אינני יודע אם אינשטיין קרא את הפואמות של טניסון, אבל אין ספק שהשיר הראשון קולע לתפישתו המקורית, לא רק משום האסתטיות והניקיון של יקום נצחי, אלא גם מפני שעולם ללא התחלה פטור מסוגיית הבורא והבריאה. אך המציאות אילצה אותו לאמץ את השיר השני. לימים הודה אינשטיין, כי הכנסת הקבוע הקוסמולוגי היתה השגיאה הגדולה ביותר של חייו. הוא לא שיער שבסוף שנות התשעים יאשימו אותו כי שגה פעמיים: בפעם הראשונה כאשר הכניס את הקבוע הקוסמולוגי למשוואותיו, ובפעם השנייה כאשר הוציא אותו משם. ב־1998 הראו תצפיות בסופרנובות רחוקות על התפשטות היקום במהירות אינפלציונית, ברוח הקבוע הקוסמולוגי שהגה אינשטיין שמונים שנה קודם לכן. אבל מבקריו שכחו לציין, כי אנרגיית הדחייה של שנות התשעים לא נבעה ממשוואותיה של תורת היחסות הכללית, אלא מתוצאיה של תורת הקוואנטים.

דבקותו של אינשטיין בתמונת עולם סטטית סיכלה אולי את סיכוייו לצרף את מודל היקום הדינמי לרשימה המפוארת של הישגיו, אבל זו לא היתה החמצתו היחידה. ב־1932, לאחר ששני המודלים שהציג עם דה סיטר לא השכילו לתת תיאור תקף של העולם, הציעו השניים מודל אחר, המבוסס אף הוא על משוואות תורת היחסות הכללית. עיקרי הצעתם התבטאו ברציונל זה: אם היקום מתפשט, אזי צריכה להיות בעברו הרחוק נקודת זמן שבה הוא היה מכונס במקום אחד ואשר ממנו החלה התפשטותו. אולם בנקודה זו תקף את השניים עיוורון חלקי, שנקל לעמוד עליו בחוכמה שלאחר מעשה. שכן אם מחברים את שתי התמונות – זו של נקודת ההתכנסות וזו של התפשטות היקום – צריך, לכאורה, להתגלות חסרונה של חוליה מחברת, זו שחוללה את ההתפשטות. אולם אינשטיין ודה סיטר לא הבחינו במשתמע לכאורה מחיבורן של שתי התמונות, ובכך החמיצו הזדמנות להירשם בדפי ההיסטוריה כאבות “המפץ הגדול”.

גם ז’ורז' למטר (Lemaître), כומר בלגי וחבר באקדמיה האפיפיוריות למדעים בוותיקן, שחילק את זמנו בין תאולוגיה, מתמטיקה וקוסמולוגיה, פתר ב־1927 באופן עצמאי את משוואותיו של אינשטיין בדרך דומה לפרידמן, אבל ביתר פירוט. הוא גלגל בראשו את תנועת ההתפשטות של היקום לאחור, והגיע למסקנה שהעולם התחיל את דרכו ככדור דחוס של חומר ואנרגיה, גדול פי שלושים מקוטר השמש. את כדור החומר הבראשיתי הזה, שכל סמ"ק שלו אמור לשקול מאה מיליון טון, כינה למטר “האטום הקדמון”. על פי תסריטו, האטום הקדמון התפרק בהדרגה, ומרסיסיו נוצרו תחילה הגלקסיות והערפיליות, ולאחר מכן הכוכבים. למטר גם עשה שימוש בקבוע הקוסמולוגי של אינשטיין כדי להסביר כי אחרי תקופת נייחות ששרתה על היקום במשך חמישה מיליארדי השנים הראשונות לקיומו, הקבוע הקוסמולוגי גבר על כוח המשיכה בין גושי החומר והתניע שלב של התפשטות מהירה. בכך הקדים למטר בשבעים שנה כמעט את רעיון ההתפשטות האינפלציונית של היקום. הרעיון האחר, התפוצצותו של “האטום הקדמון”, אומץ עוד בימיו.

ג’ורג' גאמוב, פיזיקאי אמריקני צעיר ממוצא רוסי, פיתח את הרעיון של למטר והציב אותו במרכז הקוסמולוגיה המודרנית. גאמוב חישב ומצא כי התפשטות היקום נבעה מקריסת כל החומר במרחב לנקודה אחת וכי צפיפות האנרגיה ביקום הבראשיתי יצרה טמפרטורה עצומה, ששימשה כור היתוך ליצירת האטומים של החומר. בכך ניסה לפתור את חידת היווצרותם של 92 היסודות הכימיים הקיימים בטבע, לרבות התפלגותם השונה כל כך במרחבי היקום, לעומת שכיחותם על פני כדור הארץ. התצפיות הראו שהחומר ביקום מורכב ברובו המכריע ממימן ומהליום, ביחס של 75 אחוז מימן וכ־24 אחוז הליום; כל שאר היסודות מסתכמים באחוז אחד בלבד. לאיש לא היתה תשובה לשאלה מדוע אין בטבע חלוקה שווה של אטומים מכל סוג, החל במימן, בעל פרוטון בודד בגרעינו, וכלה באורניום המגושם, המכיל 92 פרוטונים. לפי התסריט של גאמוב, החומר הלוהט והדחוס של היקום בשניות הראשונות להתהוותו היה מורכב מפרוטונים, מניטרונים ומאלקטרונים חופשיים. על כל פרוטון או ניטרון התרוצצו עשרה מיליארד פוטונים, ואלה היו כל כך אנרגטיים, עד כי סיכלו לאלתר מיזוג פרוטונים וניטרונים לגרעינים כבדים יותר, לא כל שכן סיפוח אלקטרונים סביב הגרעין לצורך יצירת אטומים. רק עם ירידת הטמפרטורה (בעקבות התפשטות היקום) אל מתחת למיליארד מעלות צלזיוס, נרגעו הפוטונים עד לרמה שאיפשרה לפרוטונים ולניטרונים להתמזג וליצור גרעינים של מימן והליום.

התהליך, כפי שהוא מוכר לנו היום, התנהל כך: כאשר היקום היה בן פחות משנייה, החליפו ביניהם הפרוטונים והניטרונים חלקיקים הקרויים ניטרינים ושינו את זהותם בלי הרף. הפרוטונים סיפחו לעצמם אלקטרונים והפכו ניטרונים, ואלה שבו והתפרקו לפרוטונים. אבל מאחר שהניטרון כבד מעט יותר מהפרוטון, ועל כן תובע יותר אנרגיה להרכבתו, נוצרו יותר פרוטונים מניטרונים. חלק מהניטרונים הצליחו להסתפח לפרוטונים לפני שהתפרקו, ויצרו אתם גרעינים של מימן כבד. שלוש דקות לאחר המפץ הגדול, כאשר הטמפרטורה של היקום ירדה למיליארד מעלות צלזיוס, החל תהליך מיזוגם של שני גרעיני מימן כבד לגרעין הליום (המורכב משני פרוטונים ומשני ניטרונים). העודף המכריע של המימן לעומת הליום נבע בעיקרו מכך שעל כל גרעין הליום שנוצר נשארו שבעה עד עשרה פרוטונים חופשיים, אשר שימשו גרעינים לאטומי מימן. לפי גאמוב נמשך תהליך ההיתוך הגרעיני עד שנוצרו כל היסודות, לרבות האורניום. היום אנו יודעים שגאמוב טעה. קצב ההתפשטות וההתקררות המהיר של היקום מנע היווצרות צירופים אטומיים מורכבים וכבדים יותר ממימן, מהליום ומכמות זעומה של ליתיום (האחרון מורכב משלושה פרוטונים ומארבעה ניטרונים). אף על פי כן, באמצעות מודל מרכזי אחד סיפק גאמוב תשובה לחידת נוכחותם הדומיננטית של ההליום והמימן ביקום, ולמגוון שאלות אחרות.

ב־1948 סיימו גאמוב ועמיתו, ראלף אלפר, את מערכת החישובים של הכדור הלוהט הקדמון ושל תהליך בישול היסודות הכימיים בתוכו. גאמוב, שנודע בחוש ההומור שלו, שיכנע את הפיזיקאי הנס באתה לצרף את שמו למאמר של אלפר ושלו, כדי שיוכל להתפרסם בחתימת שלוש האותיות הראשונות של האלף־בית היווני (אלפא, ביתא, גמא), כיאה למאמר שדן בראשית היקום. לסיפור הזה יש גם פואנטה. בשלב מסוים אחרי פרסום המאמר, באחד באפריל (צירוף מקרים פיקנטי כשלעצמו) התגלו קשיים במודל שהציעו. באתה הודיע לגאמוב שהוא שוקל לשנת את שמו לזכאריאס (Zacharias), המתחיל באות האחרונה של האלף־בית הלועזי, כדי להסתלק מהחתימה המשותפת⁵.

המאמר, אף שעורר עניין לא מועט, זכה ליחס פושר. פרד הויל לא השתכנע מהמודל החדשני של גאמוב וכפר בו בפומבי. הגדיל לעשות הרמן בונדי, שהדביק לו את הכינוי הלעגני “המפץ הגדול”, ובכך טבע שלא במתכוון את שמו של אחד המודלים הקוסמולוגיים החשובים של המאה העשרים. ב־1948 הציגו הויל, בונדי ותומס גולד את “היקום העמיד”, מודל חלופי למפץ הגדול. לשיטתם, היקום קיים מקדמת דנא, אין לו התחלה בזמן ולא סוף. אמנם, גם במצבו העמיד היקום מתפשט, אבל צפיפות הגלקסיות בו נשארת קבועה, משום שחומר חדש, שנוצר ללא הרף, ממלא את המרווחים הבין־גלקטיים הנפערים במהלך התרחקותן של הגלקסיות זו מזו. חישוביהם הראו, שכדי לשמור על צפיפות יציבה של חומר ביקום המתפשט די ביצירת אטום מימן אחד לכל ליטר של מרחב אחת למיליארד שנה.

היקום העמיד של בונדי, הויל וגולד זכה לקבלת פנים אוהדת יותר מהיקום האלים והדינמי של המפץ הגדול. רוב הפיזיקאים, וביניהם אינשטיין, צידדו בו. ככלות הכל, יקום עמיד ונצחי חוסך את הבעייתיות של אִתחול העולם מלא כלום, כפי שמציע המפץ הגדול. אבל אליה וקוץ בה. על פי המודל של הויל ועמיתיו, היסודות הכימיים נוצרים בתהליכי הבעירה הפנימיים של הכוכבים, אלא שאין בכור מצרף זה כדי להסביר את הכמויות העצומות של מימן והליום המרוות את היקום. אמנם גאמוב ועמיתיו נתנו מענה (שגוי) לחידה זו, אבל הויל התריס נגדם: אם היה מפץ גדול, היכן האודים העשנים שלו? דהיינו, היכן שרידי הקרינה של אותו מפץ לוהט, אשר על פי חישוביו של גאמוב היו אמורים להצטנן עקב התפשטות היקום עד חמש מעלות צלזיוס מעל האפס המוחלט?⁶ מה שהכריע בסופו של דבר את הכף במחלוקת זו בין שני המודלים המתחרים היה אירוע תצפיתי שנרשם ב־1965, אולי התצפית הבודדת החשובה ביותר במאה העשרים.

על פי מודל המפץ הגדול, היקום אמור להיות רווי בקרינת רקע העשויה ממה שהיו פעם פוטונים לוהטים ביקום הבראשיתי. קרינה זו החלה להתפשט ביקום לא עם היווצרותו, אלא כ־300,000 שנה אחרי המפץ הגדול, כאשר הטמפרטורה של היקום ירדה ל־3,000 מעלות צלזיוס. רק עם התקררותו היחסית יכלו האלקטרונים החופשיים, שהתנגשו ללא הרף בפוטונים, להילכד בשדה החשמלי של הפרוטונים וליצור עמם אטומים של מימן והליום. או אז, אחרי שנוצרו אטומים של מימן והליום, נעשה היקום שקוף לאור, כלומר בפני הפוטונים נפתחה אפשרות לנוע בכל רחבי היקום. ככל שהיקום התפשט, הסבירו גאמוב ועמיתיו, כן הלכו והצטננו הפוטונים עד לטמפרטורה הנוכחית שלהם, אשר על פי חישוביהם אמורה לעמוד על חמש מעלות קלווין בלבד, שהן מינוס 268 מעלות צלזיוס.

פרק הקרינה בתורתו של גאמוב כמעט נשכח מלב, משום איש לא העלה על דעתו באותה עת מכשור המסוגל לגלות קרינה קרה כל כך. מכל מקום, הוא לא הגיע לידיעתם של ארנו פנזיאס ורוברט וילסון מחברת בל, אשר הפעילה אנטנת רדיו לתקשורת לוויינים בניו ג’רסי. היתה זו אנטנה חדשנית, דמוית קרן מוארכת, שנבנתה במיוחד לקליטת שידורי רדיו מהלוויינים הראשונים, אבל במהלך כל שנת 1965 הנחילה אכזבה מרה לווילסון ולפנזיאס. כל מאמציהם לכייל את האנטנה, בניסיון לבטל רעשי רקע טורדניים של גלי רדיו בעלי טמפרטורה של שלוש מעלות קלווין, עלו בתוהו. בשלב מסוים חשדו השניים שהרעש נובע מהחום שמפיצים חריונים של זוג יונים אשר התעקש לקנן בתוך האנטנה. הם לכדו את היונים ושיחררו אותם הרחק מהמצפה. לרוע מזלם היו אלה יוני דואר ששבו לאנטנה כעבור ימים מספר. לבסוף לא היה מנוס מהקרבת היונים על מזבח המדע. במשך השבועיים הבאים טרחו וילסון ופנזיאס לנקות את האנטנה מהחריונים, אבל הרעש המשיך לזרום אליהם מכל הכיוונים בשמים.

בייאושם פנו בבקשת עצה לרוברט דיקי מאוניברסיטת פרינסטון. דיקי עמד מיד על הבעיה. הוא עצמו עסק זה זמן באפשרות קיומם של אודי הבעירה הגדולה של המפץ הגדול, אשר על פי חישוביו הצטננה מאז לכדי שלוש מעלות קלווין. לשם כך הציב על גג בניין הפיזיקה אנטנת קרן מיוחדת, במטרה לקלוט את קרינת הרקע הקוסמית. עם קבלת השיחה מפנזיאס פנה דיקי לאנשיו במעבדה ואמר: “זהו, בחורים, השיגו אותנו”. לאחר ששמע במו אוזניו את הרחש השמימי במעבדות בל, הוחלט לכתוב מאמר משותף על קרינת הרקע המסתורית. וילסון ופנזיאס דיווחו על ממצאיהם התצפיתיים, ואילו דיקי, פיבלס, רול ווילקינסון התרכזו בהסבר התאורטי. המאמר זכה לתהודה רבה, והכל ראו בקרינת הרקע הוכחה מכרעת לאמיתותה של תורת המפץ הגדול, שכן הטמפרטורה בפועל (2.7 מעלות) אישרה בקירוב מרשים את ניבויו של גאמוב משנת 1948 ואת חישוביו של דיקי. יתר על כן, העובדה שקרינה זו שוטפת את כדור הארץ באורח אחיד מכל הכיוונים, ביססה את ההשערה שמוצאה ממקור אחד.

תגליתם של וילסון ופנזיאס חתמה סופית את גורלו של מודל העולם העמיד. הויל נותר עם נחמה פורתא: השערתו כי היסודות הכימיים (למעט המימן וההליום) נוצרו בתהליך של בעירות גרעיניות בכוכבים, המסתיימות לפעמים בהתפוצצויות מרהיבות (סופרנובות), נותרה תקפה. אלא שעתה צצה קושיה חדשה, עקב התפשטותו המתמדת של היקום. מה שהיה מרחק של שנת אור כאשר היקום היה בן מיליון שנה, שקול היום למרחק של אלף שנות אור. השאלה היא עד מתי תימשך ההתפשטות: עד אינסוף, או שמא כוחות המשיכה בין גושי החומר יבלמו בסופו של דבר את תנועת ההתפשטות והיקום ייעצר?

כדי להשיב על שאלה זו צריך לדעת כמה חומר יש ביקום הנצפה. אם כמותו היא מעל צפיפות קריטית מסוימת, המשמעות היא שאנו חיים בעולם סגור, שכן כוח המשיכה ההדדי, הפועל בין גושי החומר, יבלום בסופו של דבר את תנועת ההתפשטות ויגרום ליקום לשוב על עקבותיו ולקרוס אל נקודת המוצא שלו. על פי התרחיש של עולם פתוח, צפיפות החומר ביקום קטנה מהצפיפות הקריטית ועל כן העולם ימשיך בהתפשטותו, אגב הגדלת המרחקים בין הגלקסיות. שני התרחישים האלה לוקים בסבירות נמוכה, לפחות במצביהם הקיצוניים. אם היינו חיים בעולם סגור, הוא היה חוזר על עקבותיו לפני שהיו נוצרים חיים תבוניים על פני כדור הארץ; אם היינו חיים בעולם פתוח, דלילות החומר לא היתה מאפשרת היווצרות גלקסיות. הדעת נותנת אפוא, שאנו חיים בעולם שטוח, כלומר עולם שמתקיים בו איזון מלא או כמעט מלא בין צפיפות החומר בפועל לצפיפות הקריטית. על פי התרחיש השטוח אין לצפות לשינויים דרמטיים. היקום ימשיך להתפשט, אבל באורח מתון יותר. על כן אפשר לראותו כיקום שטוח לכל דבר, באותו מובן שמדרון מתון מאוד נראה לנו מישור לכל דבר. אחד הנתונים המפתיעים בדיון זה הוא שהצפיפות הקריטית היא הדבר הפחות צפוף שאפשר להעלות על הדעת. די בחמישה באריונים (ניטרונים ופרוטונים) במטר מעוקב של מרחב כדי לעבור את הצפיפות הקריטית ולגרום להתכנסות היקום. זה נראה מעט מאוד, אבל, מעיר מרטין ריס מאוניברסיטת קיימברידג', אם נפרק לבאריונים את כל הגלקסיות, הכוכבים והגזים הנלווים להם, נקבל צפיפות של 0.2 באריונים למטר מעוקב של מרחב, דהיינו פי 25 פחות מהצפיפות הקריטית.

השאלה באיזה עולם אנו חיים – סגור, פתוח או שטוח – תלויה אפוא ביחס שבין כמות המסה בפועל ביקום לבין הצפיפות הקריטית. לכאורה, זו שאלה פשוטה הניתנת בנקל לבדיקה. כל שיש לעשות הוא למדוד את כמות החומר בכוכבים, בענני הגז ובגלקסיות. אלא שהעניין אינו פשוט כפי שהוא נשמע. מספר הגלקסיות ביקום הנצפה לעין מוערך במאה מיליארד, ומספר הכוכבים הממוצע בגלקסיה מוערך אף הוא במאה מיליארד; משקלו הממוצע של כוכב הוא 10³³ גרם, ומספר האטומים בגרם חומר הוא 10²⁴. מספר האטומים ביקום מגיע אפוא למספר אסטרונומי של 10⁷⁹, כלומר אחד ו־79 אפסים אחריו. זהו מספר בלתי נתפש בדמיוננו מחמת גודלו, ואף על פי כן הוא מייצג אך חלק קטן מהמסה של היקום. כמצוין בפרק 5, את שאלת המסה החסרה העלה הפיזיקאי פריץ צוייקי כבר בשנות השלושים של המאה הקודמת. השערתו נתמכה בתצפיות מאוחרות יותר, אבל המאמצים לגלותה באמצעות טלסקופים וגלאי קרינה העלו חרס. כיוון שכך עלה החשד כי מסה עלומה זו בנויה מחומר “אפל”, קרי שונה מהחומר הרגיל שממנו עשויים גרמי השמים המוכרים לנו. חומר זה אינו פולט קרינה אלקטרומגנטית ואינו יוצר אינטראקציה עם החומר הרגיל. לפיכך אפשר לעמוד על קיומו רק דרך שדה הכבידה שהוא מפעיל על סביבתו. נכון להיום, ההערכה היא שכל החומר ביקום הנצפה, הגלום בכוכבי שבת ולכת, בירחים, באסטרואידים, בגלקסיות, בענני גז, בערפיליות, בכוכבי ניטרונים, בחורים שחורים, בקוואזרים וכיוצא באלה, מייצג ארבעה אחוזים בלבד ממסת היקום.