بیگ بنگ: وقتی درباره سرعت نور صحبت میکنیم، شاید عجیب به نظر برسد که خودِ جهان میتواند با سرعتی بیشتر از نور منبسط شود؛ اما این موضوع برخلاف تصور، هیچ تضادی با قوانین فیزیک و نظریه نسبیت اینشتین ندارد.
به گزارش بیگ بنگ، دلیلش این است که در حال انبساط بودن کیهان، مفهوم فاصله را بسیار پیچیدهتر از چیزی میکند که تنها با زمانِ سفر نور بتوان آن را اندازه گرفت. در یک جهانِ در حال انبساط، فضا پیوسته کشیده و بزرگتر میشود؛ حتی در همان زمانی که نور در حال حرکت به سمت ماست.
به بیان دیگر، وقتی نور از یک کهکشان دوردست به سوی زمین حرکت میکند، خودِ فضا نیز در طول مسیر در حال انبساط است. بنابراین، فاصلۀ میان کهکشانها بهطور متوسط مدام بیشتر میشود. (البته گاهی کهکشانها با یکدیگر برخورد میکنند، اما اینها استثنا هستند. در مقیاسهای بسیار بزرگ کیهانی، روند کلی همان دور شدن کهکشانها از یکدیگر است.)
وقتی نور یک کهکشان دوردست پس از میلیاردها سال سفر سرانجام به تلسکوپهای ما میرسد، تصویری که میبینیم، وضعیت آن کهکشان در گذشته است؛ نه وضعیت حال آن. بنابراین، این نور مستقیماً به ما نمیگوید که آن کهکشان اکنون چقدر از ما فاصله دارد.
برای محاسبه فاصلۀ فعلی، اخترشناسان از مدلهای کیهانشناسی استفاده میکنند؛ مدلهایی که میزان انبساط جهان در طول مسیر حرکت نور را در نظر میگیرند و بر اساس آن، مکان امروزی کهکشان را برآورد میکنند. پذیرفتهشدهترین مدل کنونی، مدل لامبدا سی دی ام(ΛCDM) یا ماده تاریک سرد لامبدا است.
این مدل بر پایه دو مؤلفه اصلی بنا شده:
- ماده تاریک؛ مادهای نامرئی که با گرانش خود بر حرکت کهکشانها اثر میگذارد.
- انرژی تاریک؛ پدیدهای مرموز که به نظر میرسد عامل شتاب گرفتن انبساط کیهان باشد.
اگرچه دانشمندان همچنان دربارۀ نقاط قوت، محدودیتها و حتی جایگزینهای احتمالی این مدل بحث میکنند، اما تقریباً همه مدلهای رقیب نیز در یک نکته اساسی با آن همنظرند: فضای جهان در حال انبساط است و همین انبساط باعث میشود فاصلههای کیهانی بسیار پیچیدهتر از یک اندازهگیری ساده بر اساس سرعت نور باشند.
انبساط کیهان، جهان قابل مشاهده را گسترش میدهد
حداکثر فاصلهای که امروز میتوانیم ببینیم، با در نظر گرفتن سن جهان (حدود ۱۳.۷۷ میلیارد سال) و اینکه جهان در تمام این مدت در حال انبساط بوده، حدود ۴۵ میلیارد سال نوری است. اما شعاع جهانِ قابل مشاهده در ابتدای مسیر نور، حدود ۱۳.۷۷ میلیارد سال نوری بود؛ از آن زمان تاکنون، خودِ فضا آنقدر منبسط شده که آن فاصله امروز به حدود ۴۵ میلیارد سال نوری رسیده است. این فاصله را بسته به اصطلاح مورد استفاده، افق کیهانی مینامند. این مرز، حباب قابل مشاهدهی جهان ماست؛ دورترین جایی که در همین لحظه میتوانیم آن را ببینیم.
اما صبر کنید؛ مگر ۴۵ میلیارد سال نوری از ۱۳.۷۷ میلیارد سال نوری بزرگتر نیست؟ آیا این یعنی جهان با سرعتی بیشتر از نور در حال انبساط است؟ بله، دقیقاً همینطور است.
البته این هیچ تناقضی با قوانین فیزیک ندارد. چون محدودیت سرعت نور فقط برای حرکتهای محلی صدق میکند؛ مثلاً من هرگز نمیتوانم یک فضاپیما را ببینم که از کنارم با سرعتی بیشتر از نور عبور کند. اگر فکر میکنید این یک جور دور زدن قانون است، اینطور نیست؛ این دقیقاً همان چیزی است که نظریه نسبیت خاص بر پایه آن بنا شده است.
اجسامی که در دورترین نقاط جهان قرار دارند، به دلیل انبساط خودِ فضا میتوانند با سرعت ظاهری بیشتر از نور از ما دور شوند، زیرا این محدودیت برای فواصل بسیار بزرگ در مقیاس کیهانی اعمال نمیشود.
انتقال به سرخ، سرعت دور شدن کهکشانها را آشکار میکند
در واقع، میتوانیم سرعت فعلی دور شدن هر جرم آسمانی را با استفاده از پدیدهای به نام انتقال به سرخ (Redshift) محاسبه کنیم. وقتی یک کهکشان از ما دور میشود، نور آن به سمت طولموجهای بلندترِ طیف الکترومغناطیسی جابهجا میشود و رنگ آن متمایل به قرمز به نظر میرسد. “ادوین هابل” با بررسی همین پدیده بود که برای نخستینبار به انبساط جهان پی برد.
در جهانی که پیوسته در حال انبساط است، هرچه یک کهکشان دورتر باشد، با سرعت بیشتری از ما فاصله میگیرد؛ زیرا فضای بیشتری میان ما و آن وجود دارد و همان فضا در حال کشیده شدن و انبساط است.
نکته جالب اینجاست که از فاصلهای موسوم به «فاصله هابل» (Hubble Distance) که حدود ۱۳.۷۷ میلیارد سال نوری است، اجرام آنقدر سریع از ما دور میشوند که سرعت ظاهری دور شدنشان از سرعت نور هم بیشتر میشود؛ نه به این دلیل که خودشان در فضا با چنین سرعتی حرکت میکنند، بلکه چون خودِ فضای بین ما و آنها در حال انبساط است.
افق دوم؛ مرزی که نور آینده هرگز از آن عبور نمیکند
با وجود اینکه بعضی از این کهکشانها امروز با سرعت ظاهری بیشتر از نور از ما دور میشوند، هنوز هم میتوانیم آنها را ببینیم؛ زیرا نوری که اکنون به ما میرسد، میلیاردها سال پیش و زمانی که آن کهکشانها بسیار نزدیکتر بودند، سفر خود را آغاز کرده است.
حتی ممکن است برخی کهکشانهای دورتر نیز در آینده برای ما قابل مشاهده شوند؛ چون نور آنها نیز زمانی منتشر شده که فاصلهشان از ما کمتر بوده است. اما یک مرز مهم دیگر هم وجود دارد که «افق رویداد کیهانشناختی» نام دارد؛ مفهومی که با افق رویداد سیاهچالهها تفاوت دارد. این افق اکنون در فاصلهای حدود ۱۷ میلیارد سال نوری قرار گرفته است.
اگر همین حالا نوری از آنسوی این مرز منتشر شود، هرگز به ما نخواهد رسید؛ حتی اگر تا ابد منتظر بمانیم. دلیل این محدودیت، انبساط شتابدار کیهان است؛ انبساطی که نیروی محرک آن “انرژی تاریک” است. با گذشت زمان، افق رویداد کیهانشناختی بزرگتر میشود و در نهایت در فاصلهای حدود ۶۰ میلیارد سال نوری به مقدار تقریباً ثابتی میرسد.
اما حتی آن زمان هم نمیتوانیم همه جهان را ببینیم. نور دورترین کهکشانها آنقدر دچار انتقال به سرخ میشود که طول موجش به مقادیر بسیار بزرگی کشیده خواهد شد و آن کهکشانها عملاً از دید ما ناپدید میشوند. دانشمندان پیشبینی میکنند که حدود ۱۰۰ میلیارد سال دیگر، تمام کهکشانهای خارج از «گروه محلی» برای همیشه از میدان دید ما محو خواهند شد و تنها کهکشانهای همسایۀ ما در آسمان باقی خواهند ماند.
سایت علمی بیگ بنگ / منبع: scitechdaily.com
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=109812
