کیهان با سرعتی برابر در حال رشد در تمام جهات است

|
۰ دیدگاه
planck-all-sky_1024

دانشمندان تابش‌های کیهانی بر جای مانده از مه‌بانگ را بررسی کردند تا بر منازعه، بر سر داشتن یا نداشتن محور طولی و عرضی جهان یک بار و برای همیشه پایان دهند.

به گزارش کلیک، آزمایش‌ها نشان‌دهنده آن است که جهان در حال رشد ما هیچ جهت‌دهی مشخصی ندارد—کیهان، در حال رشد در همه جهات و با یک سرعت رشد برابر می‌باشد. با اینکه نتیجه بالا برای مدل‌های کیهانی ما خبر خوبی است اما به نظر می‌رسد با معادلات میدان انشتین در تضاد و تناقض است.

پیش از آنکه به مدارک جدید موجود برسیم بهتر است نگاهی به اطلاعات گذشته بیاندازیم.

دانشمندان سال‌ها بر سر دو باور عمومی در رابطه با گسترش جهان با یکدیگر در تضاد فکری بوده‌اند؛ یا باید باور داشته باشیم در جهانی بدون مشخصه‌های تکراری و از همه طرف ناهماهنگ هستیم، جهانی همسانگرد، و یا اینکه خود را در جهانی از بیرون یکتا و از درون ناهمسانگرد تصور کنیم.

برای آن‌که پدیده ناهمسانگردی را درک کنید به مثالی از آقای اِیدریَن کو، ذکر شده در مجله Science magazine رجوع می‌کنیم: کریستالِ الماسی را در ذهن تصور کنید، با وجود چگالیِ یکسان در تمامی قسمت‌ها، اتم‌های آن در خط‌های جداگانه‌ای ردیف شده‌اند.

قطعه چوبی را در نظر بگیرید، اگر پستی و بلندی‌های گوناگون و ناهماهنگیِ بیرونی را کنار بگذاریم به نظر می‌رسد با یک قطعه چوبِ یکنواخت و هماهنگ طرف هستیم، اما در حقیقت در محور مرکزی تراکم و قدرت الیاف بیشتر از کناره‌های چوب است.

به بیان دیگر، اگر پدیده‌ای ناهمسانگرد باشد، دارای مشخصه فیزیکی است که در صورت اندازه گیری در جهات گوناگون اعداد و ارقام متفاوتی به ما می‌دهد.

ذهنیت ناهمسانگرد بودن کیهان در برخورد با این سوال به وجود آمد که شاید برخلاف تصورات پیشین، جهان ما زیاد هم، هماهنگ در تمامیِ جهات نباشد. اما حالا به نظر می‌رسد داشتن جهانی ناهمسانگرد مشکلات بسیار بزرگتری برای ما دربر خواهد داشت.

در سال ۱۵۴۳، نیکولاس کوپرنیکاس ثابت می‌کند که زمین، مرکز جهان نیست، از آن‌جایی که خود به دور خورشید می‌گردد.

کو ادامه می‌دهد: «مشاهده نیکولاس به نظریه‌ای به نام کوپرنیکاس انجامید، نظریه‌ای که اذعان داشت، در یک جهان بی‌نهایت و بدون مرکزیت، جا و مکان مشخص بی‌معنی است.

در آغاز قرن بیست‌اُم، با روی کار آمدن نظریه کلی نسبیتِ اینشتین و مشاهده گسترش جهان کنونی ما از همه جهات، این باور بزرگ و بزرگ‌تر شد تا به صورت نظریه انتظام گیتی خود را نشان داد، نظریه‌ای که به یکسان و یک‌شکل بودن جهان در هرکجا و هر سو اشاره داشت».

نظریه‌ای محکم که پس از آن تمامی مدل‌های کیهانی از جمله مه‌بانگ، گسترش جهان و مشخصه تمامی موارد درون آن را بر پایه این نظریه استوار کردیم، اینکه در جهانی از هر سو همسانگرد زندگی می‌کنیم.

اما در طول چند دهه گذشته اطلاعات مشخصی سببِ به وجود آمدن شَک‌ در رابطه با این همسانگردیِ جهان شد.

از توضیحات کو بر میاید، زمانی که جهان را در مقیاس کوچک در نظر بگیریم مشاهده می‌کنیم، ماده به طور منظم در جای‌جایِ آن تقسیم نشده است. برای مثال سیستم ستارگان، منظومه‌ها و آنچه درون آن‌ها است در کیهان به طور کاملا اتفاقی و در واقع شانسی قرار گرفته‌اند و دانشمندان در توضیح این پدیده نیروی بخصوصی را پیشنهاد دادند که باعث این تخصیص مکان مشخص به آن‌ها شده است.

کو می‌گوید: «فرضیه آن‌ها از تولد جهان به وسیله انفجارِ مخلوط بی‌نظمی از ذرات زیراتمی، به وسیله مه‌بانگ به وجود آمد.

در راستای رشد نماییِ جهان، نوسانات کوانتمی و به شدت کوچک، به شکلی بسیار بزرگ خود را نشان داده و سبب ایجاد تغییرات عظیم در میزان چگالی قسمت شده در بخش‌های گوناگون جهان شدند».

مدلِ استاندارد ما از کیهان با کوچک فرض کردن این تغییرات بزرگ شکل گرفته است، زمانی که در مقیاس کوچک و غیر استاندارد ما این تغییرات بزرگ می‌شوند بازهم نسبت به حقیقت ماجرا کوچک بوده و قابل چشم‌پوشی هستند. اما اگر جهان خود را به شکل یک کریستالِ الماس مدل کنیم و جهتی ترجیح داده شده برای نظام مدل شده آن در نظر بگیریم چه؟ فارغ از میزان کوچک شمردن مقیاس در نظر گرفته شده از تمامیت کیهان.

در اینجاست که ناهمسانگردی، نظریه‌ای درخور تعمل به نظر می‌رسد. اوایل سال ۲۰۰۰ بود که نگاه اینچنینی به داستان شکل گرفت، زمانی که با استفاده از کاوشگر ناهمسان‌گرد ریزموجی ویلکینسون از ناسا(WMAP) ناهماهنگی‌هایی در تابش زمینه کیهانی ثبت شد، اطلاعاتی که هیچ کس قادر به توضیح آن‌ها نبود.

در واقع بخشی از کیهان آن‌قدر دانشمندان را عاجز از توضیح علمی می‌کرد که در بین آن‌ها به محور شیطانی معروف شد—گرچه تعداد زیادی نیز آن را نادیده گرفته و حاصل از اشتباهات محاسباتی و اندازه‌گیری دانسته‌اند.

برای تعریف دقیق باوری که بیش از همه واقعیت جهان کنونی ما را بازتاب کند، کیهان شناسان دانشگاه لندن در انگلستان تصمیم به بررسیِ تابش زمینه کیهانی، از زاویه‌ای دیگر کردند.

به جای بررسی آن برای یافتن بخش‌های نامتوازن مانند محور شیطان، آن‌ها سعی در یافتن جهات برتری داشتند که کیهان برای رشد خود ممکن است آن‌ها را ترجیح دهد.

یکی از افراد گروه نام‌برده، دانیِل سَده، به مَت ویلیامز در پایگاه خبریِ UniverseToday می‌گوید:

«ما دما و قطبیتِ تابش زمینه کیهانی را با توجه به اطلاعات ثبت شده از ماموریتِ Planck آنالایز کردیم، مقایسه تابش زمینه کیهانی(CMB) به دست آمده با چیزی که از آن با توجه به فرضیه جهانی ناهمسانگرد شکل گرفته بود صورت گرفت.

بعد از بررسی‌های به عمل آمده به این نتیجه رسیدیم که هیچ هماهنگی و شباهتی بین این دو نبوده و فرضیه جهان همسانگرد به نظر محتمل‌تر میاید».

گروه آزمایش کننده براوردی ۱ بر ۱۲۱,۰۰۰ از رشد جهان در جهتی برتر داشتند که به فرضیه همسانگرد بودن جهان دامن می‌زند.

او ادامه می‌دهد: «برای بار اول فرضیه ناهمسانگردی را کنار گذاشتیم، تنها بخشی که مورد آزمون و اندازه‌گیری قرار نگرفته بود».

مقایسه CMB به دست آمده از آزمایش Planck با CMB حاصل از فرضیه جهانِ ناهمسانگرد

در توضیحِ تصویر: جهانی ناهمسانگرد الگوی مشخصی در اندازه‌گیری‌ها از تابش زمینه کیهانی به وجود می‌آورد، همچون شکل پایین. اما تابش زمینه کیهانی جهان ما با استفاده از نتایج آزمونِ Planck به صورت تصویر بالا مدل می‌شود، پوشانده شده از بی‌نظمی و بدون هدف‌گیری‌های مشخص.

آن‌چه که از جهان امروز بر می‌آید اندکی ناامید کننده است؛ دنیای ناهمسانگرد دنیایی است که پاسخ‌هایش به ۱۰ معادله میدان اینشتین در دست است—۱۰ معادله‌ای که تئوریِ نسبیت اینشتین را می‌سازند، جهانی تعریف شده با برهم‌کنش فضا-زمانی که توسط ماده و انرژی خمیده می‌شوند.

پاسخ به این معادله‌ها در راستای داشتن جهانی ناهمسانگرد توسط ریاضی‌دانِ ایتالیایی، لویگی بیانچی، در اواخر قرن ۱۹ میلادی بیان شد، اگر فرضیه این ریاضی‌دان غلط باشد و جهان ما بر طبق مشاهده‌های انجام شده همسانگرد باشد باید پاسخ جدیدی برای معادلات میدان اینشتین بیابیم.

اما یافتن پاسخ معادلات نام‌برده با فرض داشتن جهان همسانگرد بسیار ساده‌تر از گذشته خواهد بود و در صورت یافتن آن‌ها، یک برد بزرگ محسوب می‌شود.

سَده می‌گوید: «در طول ۱۰ سال گذشته بحث‌های زیادی بر سرِ ناهمسانگردی کیهان در مقیاس بزرگ و در تابش زمینه کیهانی—CMB—بوده است، اگر جهان فی‌الواقع ناهمسانگرد بود، باید محاسبات زیادی برای راستی‌آزماییِ محتوا و گذشته پاسخ‌های بدست آمده در این زمینه صورت می‌گرفت. اطلاعات دقیقِ حاصل از Planck یک فرصت طلایی بود و خوشبختانه نیازی به محاسبات بیشتر نیست».

نتایج به دست آمده این آزمایش در نسخه هفته آینده Physical Review Letters به طور کامل آورده خواهد شد، نسخه قابل پرینت آن نیز از طریق arXiv.org در دسترس است.

 

سجاد احمدی
از این نویسنده

بدون دیدگاه

جهت ارسال پیام و دیدگاه خود از طریق فرم زیر اقدام و موارد زیر را رعایت نمایید:
  • پر کردن موارد الزامی که با ستاره قرمز مشخص شده است اجباری است.
  • در صورتی که سوالی را در بخش دیدگاه مطرح کرده باشید در اولین فرصت به آن پاسخ داده خواهد شد.