Podcast: Play in new window | Download
آنچه میشنوید (و مقداری اطلاعات بیشتر)
خلاصه
وقتی میشنویم جهان در حال بزرگشدنه، طبیعی است بپرسیم: «داره وارد چه فضایی میشه؟ بیرونش چیه؟» این پرسش از تجربهٔ روزمرهٔ ما میآد؛ هر چیزی که رشد میکنه، انگار در یک محیط بزرگتر جا میگیره. اما در کیهانشناسی، خود فاصلههای فضایی تغییر میکنن و مدل برای توضیح این تغییر به یک اتاق بیرونی نیاز نداره.
در این قسمت، اول معنی انبساط رو با فاصلهها روشن میکنیم. بعد میبینیم مثال بادکنک کجا مفیده و کجا گمراهکننده میشه. از اونجا به تفاوت جهان مشاهدهپذیر و کل جهان میرسیم و در پایان، معنی مهبانگ و سن جهان رو با همین پایهها مرور میکنیم.
بزرگشدن یک جسم با انبساط فضا چه فرقی داره؟
وقتی بادکنکی رو باد میکنیم، میتونیم با خطکشی بیرون از اون اندازهاش رو بسنجیم. برای یک جسم داخل جهان، هم جسم رو داریم و هم محیط اطرافش رو. به همین دلیل، ذهن ما دوست داره برای کل جهان هم همین تصویر رو تکرار کنه: یک توپ بزرگ در محیطی بزرگتر.
اما مدل کیهانی از چنین تصویری شروع نمیکنه. پرسش اولیه سادهتره: فاصلهٔ میان ناحیههای دوردست، در زمانهای مختلف چطور تغییر میکنه؟ برای توصیف این تغییر، عددی به نام عامل مقیاس تعریف میکنیم؛ عددی که نشان میده فاصلههای بزرگمقیاس نسبت به یک زمان مرجع چه نسبتی پیدا کردن.
برای مثال، اگر عامل مقیاس دو برابر بشه، فاصلهٔ دو ناظر همراه با جریان کلی انبساط هم دو برابر میشه. در همین جمله، بدون گفتن اینکه «جهان وارد کجا شد»، یک تغییر قابل تعریف داریم. ناظر همرو یعنی ناظری که حرکت محلیِ اضافهای نسبت به این جریان متوسط براش در نظر نگرفتیم.
بادکنک دقیقاً کدام بخش رو خوب نشان میده؟
روی سطح یک بادکنک چند نقطه بکشین. با بادشدن، فاصلهٔ نقطهها از هم بیشتر میشه. از دید هر نقطه، نقطههای دورتر معمولاً افزایش فاصلهٔ بیشتری دارن. هیچ نقطهای روی خود سطح، مرکز ویژهٔ این دورشدن نیست.
این دو نکته برای تصور انبساط مفیدن: بیشترشدن فاصلهها و نبود یک نقطهٔ ممتاز روی سطح. اما مرکز بادکنک، هوای داخلش، ضخامت لاستیک و اتاق اطرافش، اجزای واقعی مدل کیهانی نیستن. اگر برای پاسخ به «بیرون جهان چیست؟» به اتاقِ دور بادکنک اشاره کنیم، داریم بخش اضافیِ تشبیه رو با خود موضوع اشتباه میگیریم.
این محدودیت به معنی بیفایدهبودن مثال نیست. هر مثال پنجرهای به یک رابطهست، نه نسخهٔ کوچکشدهٔ همهٔ واقعیت. در اینجا کافی است رابطهٔ فاصلههای روی سطح رو نگه داریم و ادعای وجود یک فضای بیرونی رو کنار بذاریم. ناسا: پرسشهایی دربارهٔ مهبانگ و انبساط
پس بیرون جهان «هیچ» است؟
از اینکه یک مدل به محیط بیرونی نیاز نداره، نمیشه نتیجه گرفت که «هیچِ مطلق» رو کشف کردهایم. اگر جهان رو همهٔ فضاـزمان تعریف کنیم، واژهٔ بیرون در همون مدل نشانی مشخصی نداره. این یک نکته دربارهٔ تعریف و محدودهٔ مدل است، نه گزارش سفر به آن سوی یک دیوار.
ایدههایی دربارهٔ جهانهای دیگر یا چارچوبهای بزرگتر مطرح شدهاند، اما نباید اونها رو همردیف شواهد رصدیِ جهان داغ آغازین قرار بدیم. پرسش باز رو میشه باز نگه داشت. پاسخ علمی همیشه یک تصویر قطعی نیست؛ گاهی روشنکردن اینه که کدام بخش پرسش هنوز تعریف آزمونپذیر و شواهد کافی نداره.
مرز دید ما با لبهٔ کل جهان فرق داره
برای دیدن یک جسم، باید پیامش فرصت رسیدن به ما رو داشته باشه. سرعت نور محدوده و جهان هم تاریخ محدودی از مرحلهٔ داغ آغازین تا امروز داشته. در نتیجه، ناحیهای وجود داره که تا امروز امکان دریافت اطلاعات از اون رو داشتهایم: جهان مشاهدهپذیر.
افق این ناحیه مثل لبهٔ یک میز نیست. اگر از جای دیگری نگاه کنیم، ناحیهٔ مشاهدهپذیر حول اون ناظر تعریف میشه. چیزی در مرز افق، نور رو مثل دیوار متوقف نکرده؛ محدودیت از تاریخ انتشار پیام و انبساط فضا میآد.
بنابراین جملهٔ «بیرون جهان مشاهدهپذیر» با «بیرون همهٔ فضاـزمان» یک معنی نداره. اولی میتونه به ناحیههایی از همین جهان اشاره کنه که هنوز پیامی از اونها به ما نرسیده. دربارهٔ اندازهٔ کل جهان، دانستههای ما محدودتره. ناسا: فضا چقدر بزرگ است؟
آیا چیزی میتونه محدود باشه ولی لبه نداشته باشه؟
دوباره سطح کره رو در نظر بگیرین. مساحتش محدوده، اما روی خود سطح به دیواری نمیرسیم که بگه اینجا سطح تمام شد. این مثال نشان میده «محدودبودن» لزوماً به معنی «داشتن لبه» نیست.
برای فضای سهبعدی هم هندسهها و اتصالهای سراسری متفاوتی قابل تصورند. توپولوژی نام بخش مربوط به همین اتصال و شکل سراسریه. خمیدگی محلی بهتنهایی همهٔ این اطلاعات رو تعیین نمیکنه؛ حتی فضای تخت هم لزوماً به معنی یک فضای نامتناهی با سادهترین اتصال ممکن نیست.
پس نمیتونیم با اطمینان بگیم اگر خیلی جلو بریم حتماً از پشت سر خودمون برمیگردیم. چنین رفتاری در بعضی مدلها ممکنه، ولی شکل سراسری جهان هنوز معلوم نیست. آژانس فضایی اروپا: جهان محدود است یا نامحدود؟
چرا خود ما و کهکشانها کش نمیآییم؟
عامل مقیاس توصیف مناسبی برای فاصلههای بسیار بزرگ و جریان متوسط کیهانیه. از اون نمیشه نتیجه گرفت که بدن ما، یک اتم یا مدار زمین هم همون نسبت کش میآد. این سامانهها با برهمکنشهای محلی مقید شدهاند؛ یعنی اجزاشون یک ساختار مرتبط و پایدار ساختهاند.
در مادهٔ معمولی، نیروهای الکترومغناطیسی در پیوندها نقش دارن. در منظومهها و کهکشانها، گرانش حرکت و ساختار رو تعیین میکنه. انبساط کیهانی یک کشش مکانیکی یکنواخت نیست که بیتفاوت همهٔ این پیوندها رو با خودش بکشه. توضیح فنی ناسا دربارهٔ انبساط و سامانههای مقید
کهکشانها هم به فضا میخ نشدهاند. حرکت محلی دارن و میتونن به هم نزدیک بشن. نزدیکشدن آندرومدا نمونهای از همین نکتهست. قانون دورشدنِ بزرگمقیاس، قرار نیست هر جفت کهکشان نزدیک رو بدون توجه به محیط و گرانش اونها توصیف کنه. ناسا: کهکشانها و گروههای کهکشانی
اگر این مسیر رو به عقب ببریم، به کجا میرسیم؟
در گذشته، فاصلههای بزرگمقیاس کمتر و جهان داغتر و چگالتر بوده. مدل مهبانگ این تحول رو توصیف میکنه. قرار نیست ماده از یک نقطهٔ خاص، مثل ترکش در فضای خالیِ از پیش موجود، به اطراف پرتاب شده باشه. مرحلهٔ داغ آغازین به همهٔ ناحیههایی مربوطه که امروز جهان ما رو تشکیل میدن.
در شکلگیری این تصویر، فریدمان راهحلهای پویای معادلات رو بررسی کرد و لومتر انبساط رو به دادهها پیوند داد. دادههای رصدیِ فاصله و انتقالبهسرخ هم بهتدریج گستردهتر شدن. بنابراین مهبانگ نه صرفاً یک استعاره است و نه نتیجهٔ یک مشاهدهٔ تنها. تاریخ قانون هابل–لومتر
سن حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال از کنار هم گذاشتن مدل و چند دسته رصد به دست میآد؛ فقط فاصلهٔ یک کهکشان رو بر سرعت امروزش تقسیم نمیکنیم. نرخ انبساط در طول تاریخ تغییر کرده و باید این تغییر هم وارد محاسبه بشه. با نزدیکشدن به نخستین لحظههای مدل کلاسیک، عدم قطعیت بیشتر میشه؛ مهبانگ بهتنهایی اثبات آفرینش از هیچ نیست. آژانس فضایی اروپا: نتایج مأموریت پلانک
منابع علمی و مطالعهٔ بیشتر
- ناسا: مهبانگ و انبساط
- ناسا: اندازهٔ فضا و محدودهٔ مشاهده
- آژانس فضایی اروپا: محدود یا نامحدودبودن جهان
- ناسا: انبساط و سامانههای مقید
- ناسا: کهکشانها
- اتحادیهٔ بینالمللی اخترشناسی: هابل و لومتر
- آژانس فضایی اروپا: نتایج علمی پلانک
جمعبندی
انبساط رو از تغییر فاصلهها تعریف کردیم و دیدیم برای توضیحش به یک اتاق بیرونی نیاز نداریم. بعد، مرز دید خودمون رو از لبهٔ احتمالی کل جهان جدا کردیم و فهمیدیم ساختارهای مقید قرار نیست همراه انبساط کش بیان. با همین تفکیکها، مهبانگ هم روشنتر میشه: روایت تحول یک جهان داغ و چگال، نه انفجاری درون یک ظرف بزرگتر. پرسش بعدی اینه که این تحول در آینده به کجا میرسه.
دیدگاه خود را بنویسید