معمای انبساط دنیا حل شد - مجله نماشو

به گزارش خبرنگاران و به نقل از تک اکسپلوریست، دنیا از زمان وقوع بیگ بنگ(مه بانگ) در 13.8 میلیارد سال پیش تا به امروز در حال انبساط است. این نظریه ای است که برای اولین بار توسط ژرژ لومتر کشیش و فیزیکدان بلژیکی و ادوین هابل ارائه شده است.

مشخص تاریخ انبساط دنیا نیازمند مشخص ترکیب انرژی آن یا آزمایش عناصر اصلی کیهان مانند تایید اعتبار نسبیت عام در مقیاس های بزرگ و اساس کیهانی است.

یک ستاره شناس آمریکایی در سال 1929 دریافت که همه کهکشان ها در حال دور شدن از ما هستند و دورترین کهکشان ها با بیشترین سرعت در حال حرکت هستند. این در حالی است که در گذشته زمانی وجود داشته است که تمام کهکشان ها در یک نقطه مشخص قرار داشته اند، زمانی که تنها می تواند با بیگ بنگ انطباق داشته باشد.

در خصوص انبساط دنیا اگر یک بادکنک خالی از باد را فرض کنیم و روی آن نقاطی را رسم نموده و سپس بادکنک را باد کنیم مشاهده می کنیم که هر چه حجم بادکنک بیش تر شود، فاصله نقاط از یکدیگر افزایش می یابد. این مفهومِ دنیا در حال انبساط است. انبساط دنیا به معنی افزایش فاصله متریک بین اجسام دنیا با گذشت زمان است. این انبساط درونی است، یعنی به فاصله نسبی بین اجزای دنیا برمی شود و به معنی حرکت اجسام به سمت فضای بیرون نیست. انبساط دنیا از ویژگی های مهم کیهان شناسی مه بانگ است.

بخشی از انبساط دنیا به خاطر اثر ماند(اینرسی) است. یعنی انبساط کنونی به خاطر این است که دنیا در گذشته منبسط می شده است. بخش دیگر به خاطر نیروی رانش ناشناخته ای است که شاید از یک ثابت کیهان شناسی یا انرژی تاریک آمده باشد.

انبساط دنیا به سرعت های بالاتر از سرعت نور می انجامد که برای تازه واردان و گاهی فیزیک پیشگان حرفه ای گمراه نماینده است. ولی سرعت های بیشتر از c در انبساط دنیا با نظریه نسبیت خاص ناسازگاری ندارند. به طورکلی سه گونه مختلف از دنیا در حال انبساط معرفی و گمان زده شده است که هر کدام سرنوشتی متفاوت را برای دنیا توصیف می نماید. مدل اول دنیا باز است که تا ابد و در دوره زمانی نامحدودی منبسط می شود. مدل دوم دنیای را توصیف می نماید که مسطح است. این بدان معناست که دنیا منبسط می شود و تا بی نهایت این فرایند ادامه دارد، اما سرعت انبساط آن مدام به صفر نزدیک می شود و بالاخره مدل سوم دنیای است که دنیا بسته نامیده می شود. در این دنیا انبساط در مدت زمانی محدود ادامه پیدا نموده و پس از به خاتمه رسیدن آن دنیا به جمع شدن در خود و مکوششی شدن روی می آورد و احتمالا پس از مکوششی شدن آماده انفجار بزرگی دیگر می شود.

انبساط دنیا حقیقتی است که مدت ها است به اثبات رسیده است. اما مسئله ای که در اندازه گیری فاصله کهکشان ها، مستقل از قرمزگرایی آن ها، وجود دارد به حدی است که مشخص نرخ کنونی انبساط، ثابت هابل، به یک فرآیند طاقت فرسا و طولانی در 50 سال گذشته تبدیل شده است. با وجود این، در نتیجه کوشش هایی شامل پروژه کلیدی تلسکوپ فضایی هابل و به طور کلی تر، از ترکیب مجموعه وسیعی از شواهد که مدل استاندارد کیهان شناسی را پشتیبانی می نمایند، این موضوع دقیق تر پیش بینی شده است.

اکنون تحقیق حاضر به نظریه هابل-لومتر وزن بخشیده و آن را توسعه داده است. از جمله مشخص ثابت هابل(H0) که واحدی است که سرعت انبساط دنیا را در فواصل مختلف از یک نقطه مشخص از فضا توصیف می نماید.

برآوردهای موجود از H0 در حدود 70 کیلومتر بر ثانیه بر Mpc است. به این معنی که دنیا 70 کیلومتر در ثانیه با سرعت بیشتری در هر 3.26 میلیون سال نوری در حال گسترش است. اما مشکل این است که دو روش متضاد محاسبه وجود دارد: روش اول به پس زمینه ریزموج کیهانی متکی است و روش دوم متکی به ابرنواخترهایی است که به طور پراکنده در کهکشان های دوردست ظاهر می شوند.

این دو روش به دو مقدار متفاوت اما نزدیک به هم رسیده اند که تقریباً 10 درصد با یکدیگر انحراف دارند که از نظر آماری غیرقابل تطبیق هستند.

اکنون یک فیزیکدان از دانشگاه ژنو پیروز به حل این معما شده که به مدت یک دهه است جامعه علمی را به دو دسته تقسیم نموده است.

لوکاس لومبریزر(Lucas Lombriser) استاد گروه فیزیک نظری دانشکده علوم دانشگاه ژنو شرح می دهد: این دو مقدار طی سال های اخیر دقیق تر شده اند، در حالی که از یکدیگر متفاوت هستند و موجب بحث های علمی طاقت فرسا و حتی امیدی هیجان انگیز به اینکه احتمالاً با یک فیزیک جدید سر و کار داریم، شده است.

لومبریزر برای کم کردن این شکاف، این ایده را به کار گرفت که دنیا به اندازه ای که ادعا می شود، یکپارچه منبسط نمی شود، فرضیه ای که ممکن است در مقیاس نسبتاً متوسط آشکار به نظر برسد. شکی نیست که ماده درون و بیرون یک کهکشان متفاوت توزیع می شود. بنابراین تصور نوسانات چگالی متوسط ماده و محاسبه آن در حجم هزاران برابر بیشتر از یک کهکشان، بسیار سخت است.

لومبریزر می گوید: اگر ما به نوعی در یک حباب غول پیکر قرار داشته باشیم، جایی که چگالی ماده به طور قابل توجهی پایین تر از چگالی شناخته شده برای کل دنیا باشد، می تواند پیامدهایی در فاصله ابرنواخترها و در نهایت مشخص H0 داشته باشد.

تمام آنچه ضروری است این است که این حباب باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند کهکشان را شامل شود و به عنوان منبعی برای تخمین مسافت ها استفاده شود. این فیزیکدان با تنظیم قطر 250 میلیون سال نوری برای این حباب محاسبه کرد که اگر چگالی ماده در داخل آن 50 درصد نسبت به بقیه دنیا(خارج از این حباب) کمتر باشد، مقدار جدیدی برای ثابت هابل به دست می آید که با مقدار و عددی که با استفاده از پس زمینه ریزموج کیهانی به دست آمده، تطابق دارد.

لومبریزر معتقد است که رویکرد وی بدون استفاده از هرگونه فیزیک جدید این اختلاف را از بین می برد.

این مطالعه در مجله Physics Letters B منتشر شده است.