معمای "انبساط جهان" حل شد

یک پژوهشگر دانشگاه "ژنو" یک معمای پیچیده در دنیای علم را در مورد سرعت انبساط جهان با بیان این مسئله که سرعت آن در مقیاس بزرگ کاملاً یکدست نیست، حل کرده است.

کد خبر: ۱۲۴۶۸۲۶

تاریخ: ۲۲ اسفند ۱۳۹۸ - ۱۰:۲۸

به گزارش خبرگزاری دانا و به نقل از تک اکسپلوریست، جهان از زمان وقوع بیگ بنگ(مه‌بانگ) در ۱۳.۸ میلیارد سال پیش تاکنون در حال انبساط است. این نظریه‌ای است که برای اولین بار توسط "ژرژ لومتر" کشیش و فیزیکدان بلژیکی و "ادوین هابل" ارائه شده است.
تعیین تاریخ انبساط جهان نیازمند تعیین ترکیب انرژی آن یا آزمایش عناصر اصلی کیهان مانند تایید اعتبار نسبیت عام در مقیاس‌های بزرگ و اساس کیهانی است.

یک ستاره شناس آمریکایی در سال ۱۹۲۹ دریافت که همه کهکشان‌ها در حال دور شدن از ما هستند و دورترین کهکشان‌ها با بیشترین سرعت در حال حرکت هستند. این در حالی است که در گذشته زمانی وجود داشته است که تمام کهکشان‌ها در یک نقطه معین قرار داشته‌اند، زمانی که تنها می‌تواند با بیگ بنگ انطباق داشته باشد.

در مورد انبساط جهان اگر یک بادکنک خالی از باد را فرض کنیم و روی آن نقاطی را رسم کرده و سپس بادکنک را باد کنیم مشاهده می‌کنیم که هر چه حجم بادکنک بیش‌تر شود، فاصله نقاط از یکدیگر افزایش می‌یابد. این مفهومِ جهان در حال انبساط است. انبساط جهان به معنی افزایش فاصله متریک بین اجسام جهان با گذشت زمان است. این انبساط درونی است، یعنی به فاصله نسبی بین اجزای جهان برمی‌گردد و به معنی حرکت اجسام به سمت فضای بیرون نیست. انبساط جهان از ویژگی‌های مهم کیهان‌شناسی مه‌بانگ است.

بخشی از انبساط جهان به خاطر اثر ماند(اینرسی) است. یعنی انبساط کنونی به خاطر این است که جهان در گذشته منبسط می‌شده‌ است. بخش دیگر به خاطر نیروی رانش ناشناخته‌ای است که شاید از یک ثابت کیهان‌شناسی یا انرژی تاریک آمده باشد.

انبساط جهان به سرعت‌های بالاتر از سرعت نور می‌انجامد که برای تازه‌واردان و گاهی فیزیک‌پیشگان حرفه‌ای گمراه‌کننده است. ولی سرعت‌های بیشتر از c در انبساط جهان با نظریه نسبیت خاص ناسازگاری ندارند. به طورکلی سه گونه مختلف از جهان در حال انبساط معرفی و گمان زده شده‌ است که هر کدام سرنوشتی متفاوت را برای جهان توصیف می‌کند. مدل اول جهان باز است که تا ابد و در دوره زمانی نامحدودی منبسط می‌شود. مدل دوم جهانی را توصیف می‌کند که مسطح است. این بدان معناست که جهان منبسط می‌شود و تا بی‌نهایت این روند ادامه دارد، اما سرعت انبساط آن مدام به صفر نزدیک می‌شود و بالاخره مدل سوم جهانی است که جهان بسته نامیده می‌شود. در این جهان انبساط در مدت زمانی محدود ادامه پیدا کرده و پس از به انتها رسیدن آن جهان به جمع شدن در خود و متلاشی شدن روی می‌آورد و احتمالا پس از متلاشی‌شدن آماده انفجار بزرگی دیگر می‌گردد.

انبساط جهان حقیقتی است که مدت‌ها است به اثبات رسیده است. اما مشکلی که در اندازه‌گیری فاصله کهکشان‌ها، مستقل از قرمزگرایی آن‌ها، وجود دارد به حدی است که تعیین نرخ کنونی انبساط، ثابت هابل، به یک فرآیند طاقت‌فرسا و طولانی در ۵۰ سال گذشته تبدیل شده‌ است. با وجود این، در نتیجه تلاش‌هایی شامل پروژه کلیدی تلسکوپ فضایی هابل و به‌طور کلی‌تر، از ترکیب مجموعه وسیعی از شواهد که مدل استاندارد کیهان‌شناسی را پشتیبانی می‌کنند، این موضوع دقیق‌تر پیش‌بینی شده است.

اکنون تحقیق حاضر به نظریه "هابل-لومتر" وزن بخشیده و آن را توسعه داده است. از جمله تعیین ثابت هابل(H۰) که واحدی است که سرعت انبساط جهان را در فواصل مختلف از یک نقطه معین از فضا توصیف می‌کند.

برآوردهای موجود از H۰ در حدود ۷۰ کیلومتر بر ثانیه بر Mpc است. به این معنی که جهان ۷۰ کیلومتر در ثانیه با سرعت بیشتری در هر ۳.۲۶ 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 کهکشان‌های دوردست ظاهر می‌شوند.

این دو روش به دو مقدار متفاوت اما نزدیک به هم رسیده‌اند که تقریباً ۱۰ درصد با یکدیگر انحراف دارند که از نظر آماری غیرقابل تطبیق هستند.

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

"لوکاس لومبریزر"(Lucas Lombriser) استاد گروه فیزیک نظری دانشکده علوم دانشگاه ژنو توضیح می‌دهد: این دو مقدار طی سال‌های اخیر دقیق‌تر شده‌اند، در حالی که از یکدیگر متفاوت هستند و موجب بحث‌های 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 جهان به اندازه‌ای که ادعا می‌شود، یکپارچه منبسط نمی‌شود، فرضیه‌ای که ممکن است در مقیاس نسبتاً متوسط ​​آشکار به نظر برسد. شکی نیست که ماده درون و بیرون یک کهکشان متفاوت توزیع می‌شود. بنابراین تصور نوسانات چگالی متوسط ​​ماده و محاسبه آن در حجم هزاران برابر بیشتر از یک کهکشان، بسیار دشوار است.

"لومبریزر" می‌گوید: اگر ما به نوعی در یک حباب غول پیکر قرار داشته باشیم، جایی که چگالی ماده به طور قابل توجهی پایین‌تر از چگالی شناخته شده برای کل جهان باشد، می‌تواند پیامدهایی در فاصله ابرنواخترها و در نهایت تعیین H۰ داشته باشد.

تمام آنچه لازم است این است که این حباب باید به اندازه کافی عظیم باشد تا بتواند کهکشان را شامل شود و به عنوان منبعی برای تخمین مسافت‌ها استفاده شود. این فیزیکدان با تنظیم قطر ۲۵۰ میلیون سال نوری برای این حباب محاسبه کرد که اگر چگالی ماده در داخل آن ۵۰ درصد نسبت به بقیه جهان(خارج از این حباب) کمتر باشد، مقدار جدیدی برای ثابت هابل به دست می‌آید 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 می‌برد.

این مطالعه در مجله Physics Letters B منتشر شده است.