معمای ساختار ِتخت کیهان

بیگ بنگ: اگر می توانستیم از کیهان خارج شویم و از بیرون به آن نگاه کنیم، ساختارش را به چه شکلی می دیدیم؟ دانشمندان از گذشته تاکنون با این پرسش درگیر بوده و سنجش ها و اندازه گیری هایی بسیار زیادی برای تعیین هندسه ی کیهان انجام داده اند. آنان شکل ساختار کیهان را چگونه می سنجند؟ و چه چیزی تاکنون دریافته‌اند؟

تصویری هنری از جهان قابل مشاهده

تصویری هنری از جهان قابل مشاهده

به گزارش بیگ بنگ، ساختار هندسه ی کیهان مربوط به تنظیم دقیق مدل بیگ بنگ میباشد. این مسائل برآمده از این واقعیت هستند که برخی از شرایط اولیه جهان بر روی مقادیر ویژه ای تنظیم دقیق شده اند و هرگونه انحرافی از این مقادیر در جهان اولیه می توانست تاثیرات شگرفی بر ماهیت جهان در دوره کنونی داشته باشند. در مورد مسئله تخت بودن کیهان پارامتری که تنظیم دقیق شده است، چگالی ماده و انرژی در جهان یا امگا (Ω) است. مقدار این پارامتر، خمش فضا زمان را تعیین می کند و برای یک جهان تخت، مقدار آن باید برابر با یک مقدار بحرانی مشخصی باشد. در دهه ی ۱۹۷۰ این عقیده وجود داشت که چگالی ماده در جهان ،به نام امگا،در حدود ۱ است. این حقیقت که این چگالی میلیاردها سال پس از بیگ بنگ به چگالی بحرانی برابر با ۱ نزدیک بود عمیقا آزار دهنده بود. با انبساط جهان ،امگا باید با زمان تغییر کند. اما متاسفانه این عدد به ۱ نزدیک بود، که نشانگر یک فضای کاملا تخت و هموار بود.

معادلات اینشتین نیز نشان می دهد که امگا در ابتدای زمان هر مقدار معقولی که داشته باشد، امروز باید تقریبا برابر صفر باشد، برای اینکه میلیاردها سال پس از بیگ بنگ امگا عددی نزدیک به ۱ باشد تنها به یک معجزه نیاز است. این مساله در علم کیهان شناسی مساله ی تنظیم دقیق نامیده می شود، اگر امگا خیلی کوچک می‌بود آنگاه جهان بسیار سریع منبسط شده و خنک می‌شد اما اگر امگا خیلی بزرگ می‌بود، جهان قبل از اینکه حیات فرصت شروع پیدا کند از هم فرو می‌پاشید. به گفته مارتین ریس برای اینکه جهان، هم‌ اکنون پس از ۱۳٫۸ میلیارد سال، هنوز در حال انبساط بوده و مقدار امگا نیز زیاد با ۱ تفاوت نداشته باشد، این مقدار نمی‌توانسته در یک ثانیه پس از بیگ بنگ بیشتر از مقدار یک میلیون میلیاردم (یک در ۱۰ به توان ۱۵) با ۱ تفاوت داشته باشد. به بیان دیگر در آغاز زمان مقدار امگا می بایست با دقت یک تریلیونوم مساوی عدد ۱ تنظیم شده باشد، که پذیرش آن بسیار سخت است.

شکل کیهان به چگالی‌اش بستگی دارد. اگر چگالی آن بیش از چگالی بحرانی باشد، جهان بسته است و ساختاری کروی خواهد داشت؛ و اگر کمتر باشد، خمیدگی‌اش مانند یک زین خواهد بود. ولی اگر چگالی واقعی کیهان برابر با چگالی بحرانی باشد- چیزی که دانشمندان فکر می کنند- پس گسترش‌ این جهان تا ابد ادامه خواهد داشت، با ساختاری همچون یک برگ تخت کاغذ.

شکل کیهان به چگالی‌اش بستگی دارد. اگر چگالی آن بیش از چگالی بحرانی باشد، جهان بسته است و ساختاری کروی خواهد داشت؛ و اگر کمتر باشد، خمیدگی‌اش مانند یک زین خواهد بود. ولی اگر چگالی واقعی کیهان برابر با چگالی بحرانی باشد- چیزی که دانشمندان فکر می کنند- پس گسترش‌ این جهان تا ابد ادامه خواهد داشت، با ساختاری همچون یک برگ تخت کاغذ.

میچیو کاکو در مثالی این تنظیم کیهانی را چنین شرح می دهد: «فرض کنید که بخواهید مدادی را بر روی نوک آن ایستاده نگه دارید. شیوه ی تلاش شما به هر شکلی که باشد اغلب مداد خواهد افتاد، تنظیم و میزان سازی با دقت فوق العاده بالایی مورد نیاز است تا مداد چنان متعادل شود که نیفتد. حال تصور کنید که می خواهید مداد را طوری روی نوک آن عمودی نگه دارید که نه فقط برای یک ثانیه بلکه برای میلیاردها سال همانطور بماند! تنظیم دقیق مورد نیاز برای اینکه امگا امروز برابر ۱ داشته باشد مشابه همین حالت است. کوچکترین خطا در تنظیم دقیق امگا باعث می شود که امگا به مقداری از ۱ فاصله داشته باشد.»

پس چرا امروز امگا اینقدر به یک نزدیک است در حالی که در اصل از نظر ستاره شناسی باید غیر از این باشد؟ از نظر آلن گوث پاسخ کاملا مشخص بود: تورم جهان چنان شدید بوده که منجر به تخت شدن آن شده است. همانند شخصی که چون افق را نمی بیند نتیجه می گیرد که زمین هموار است. ستاره شناسان نتیجه گرفتند که امگا در حدود یک است، در واقع ایده این است که جهان در نخستین کسرهای ثانیه پس از بیگ بنگ وارد یک دوره کوتاه انبساط بسیار بسیار سریع به نام تورم کیهانی شد که همین منجر به تخت شدن جهان گشته است. این مسئله به همراه مسئله تک قطبی مغناطیسی و مسئله افق، سه انگیزه اصلی برای نظریه تورمی هستند.

در این تصویر مناطقی که آزمایش بومرنگ آن را بررسی کرده، نقاط گرم و سردی که به ترتیب با سایه های تیره و روشن مشخص شده را مشاهده می کنید.

در این تصویر مناطقی که آزمایش بومرنگ آن را بررسی کرده، نقاط گرم و سردی که به ترتیب با سایه های تیره و روشن مشخص شده را مشاهده می کنید.

لاورنس کراوس در بخشی از کتاب “جهانی از عدم” معمای تخت بودن جهان را چنین شرح می دهد:«شناخت برای شکل کیهان با آزمایش بالن تحقیقاتی بومرنگ(BOOMERanG) در قطب جنوب و در سال ۱۹۹۷ آغاز شد، بومرنگ تصویر قسمت کوچکی از تابش پس زمینه کیهانی که نقاط گرم و سرد را در الگویی از آخرین سطح پراکندگی نشان داد، سپس ماهواره تحقیقاتی دیگری به نام ماهواره تحقیقانی WMAP که بسیار حساس تر بود توسط ناسا در سال ۲۰۰۱ به فضا پرتاب شد، این ماهواره نقشه ای از کل تابش پس زمینه ی کیهانی را با دقت بی سابقه ای تهیه کرد.

دانشمندان با بررسی داده ها تخمین بسیار دقیقی از هندسه و شکل فضا زدند. نقشه WMAP که مشابه تصویری است که بومرنگ تهیه کرده بود، با دقت ۱ درصد تایید می کند که ما در یک جهان تخت زندگی می کنیم! انتظار دانشمندان درست از آب در آمد. در طی اینکه دانشمندان به خاطر این تناقض و حدس جهان تخت، بهت زده بودند، تقریبا هیچ کس آمادگی این غافلگیری را نداشت طبیعت اندوخته ای را که در درون خود بود ارائه داد و مشکل بین هندسه جهان که ناشی از محاسبه جرم و محاسبه انحنا بود را به طور مستقیم حل کرد.

نویسنده: سمیر الله وردی – بیگ بنگ

منابع بیشتر: superstringtheory , space , phys

کتاب جهان های موازی – میچیو کاکو
شش عدد، نیروهای بنیادی که جهان را شکل می دهند – مارتین ریس
جهانی از عدم – لاورنس کراوس

image_pdfimage_print
(9 نفر , میانگین : 4٫67 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=19473

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۹ پاسخ‌ها

  1. Ahmad گفت:

    پس اگر جایی برای اظهار نظر خوانندگان گذاشته اید چرا بعضی از آنها را نمی گذارید باشد و حذفش می کنید؟!!! حتما اطهار نظرها نباید مورد پسند شما باشد

  2. ardeshir گفت:

    مرسى از توضیح که دادید ولی من متوجه نمیشم مسطح بودن جهان از نظر بصرى یعنى چى ایا منظور این است که جهان دو بعدى است مگر جهان حجم ندارد وکروی منبسط نمیشود

  3. سمیر الله وردی گفت:

    در واقع طبق داده های موجود کیهان شناسی می توان چنین توصیف کرد که ما موجوداتی سه بعدی درون جهانی همانند یک ابرصفحه تخت که تا بی نهایت انبساطش ادامه پیدا می کند، در حال زندگی میباشیم. به عبارتی بر اساس بهترین اندازه گیری های موجود باید گفت که هندسه جهان، تخت یا بسیار نزدیک به تخت -با انحنای مثبت یا منفی اندک-است. باید این را هم در نظر بگیریم ، مثلاً همان طور که سطح کره زمین به علت انحنای بسیار کم آن از نگاه انسان های چند قرن پیش تخت به نظر می رسید، ممکن است جهان هم آن قدر بزرگ باشد که انحنای آن در رصدهای صورت گرفته توسط کیهان شناسان به چشم نیامده باشد. اما جالب است بدانید که اشکال دیگری غیر از یک ابرصفحه تخت هم وجود دارد که هندسه تخت-و به عبارت دقیق تر هندسه ای با متریک اقلیدسی-دارند. از میان این اشکال شکل ابرچنبره کیهانی که شکلی متناهی با متریک اقلیدسی است، یکی از مطرح ترین گزینه ها برای شکل جهان تخت محسوب می شود (از آنجا که یک کیک حلقوی، شکلی شبیه به یک چنبره دوبعدی دارد، بنابراین شکل ابرچنبره را به نام کیک حلقوی کیهانی نیز می خوانند).

    • ایلیاد گفت:

      آیا این چیزی که شما گفتید قابل تصور کردن هم هست؟ یعنی اینکه “ما موجوداتی سه بعدی درون جهانی همانند یک ابرصفحه تخت که تا بی نهایت انبساطش ادامه پیدا می کند، در حال زندگی میباشیم”؟ چون من به شخصه نمی تونم تصورش کنم.
      یعنی آیا جهان به صورت یک مکعب مستطیل با قاعده بسیار پهنه؟

  4. ایلیاد گفت:

    آیا این چیزی که شما گفتید قابل تصور کردن هم هست؟ یعنی اینکه “ما موجوداتی سه بعدی درون جهانی همانند یک ابرصفحه تخت که تا بی نهایت انبساطش ادامه پیدا می کند، در حال زندگی میباشیم”؟ چون من به شخصه نمی تونم تصورش کنم.
    یعنی آیا جهان به صورت یک مکعب مستطیل با قاعده بسیار پهنه؟

    • Radin گفت:

      دوست عزیز منظور از تخت بودن جهان چیزه دیگه ایه و به چند بعدی بودن جهان ربطی نداره درواقع این مطلب میخواد بگه که مواد یا انرژی چگالی ای که‌دارن با چگالی جهان برابره و سبب خم شدن بعد زمان نمیشه اگه مثلا بیشتر از یک‌بود سبب میشد که چگالی زیاد خمشی رو تو بعد زمان ایجاد کنه که دیگه فضایی برای رشد جهان نباشه و درواقع زمان تکرار بشه

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *