مشهورترین پارادوکس‌های تاریخ – قسمت ششم

2
888

پارادوكس‌هاي نسبيت – قسمت چهارم

طبيعتاً، نظريه‌ي اينشتين شامل مجموعه‌اي از معادلات فوق‌العاده مشكل است كه اغلب براي يافتن جواب آنها به رايانه نياز است. فريدمن ابتدا فرض كرد كه جهان ديناميك است و سپس دو فرض ديگر براي ساده‌سازي در نظر گرفت كه اصول كيهان‌شناسي ناميده شدند:

1)        جهان ايزوتروپيك، يعني داراي خواص فيزيكي مشابه است و از يك نقطه‌ داده‌شده به هر سو بنگريم، يكسان به نظر مي‌آيد.

2)      جهان همگن است. در واقع جهان در همه‌جا يكنواخت است.

Static universe of constant Gaussian curvature - Sphere DSC03699 capture2 15cm150dpi ok

با در نظر گرفتن اين دو فرض، معادلات اينشتين ساده مي‌شوند. در واقع هر دو جهان اينشتين و دسيتر، حالات ويژه‌اي از جواب عمومي‌تر فريدمن بودند. جهان فريدمن فقط به سه پارامتر بستگي دارد:

1)       ثابت هابل (H)، كه سرعت انبساط عالم را نشان مي‌دهد.

2)      امگا (Ω)،‌ كه به چگالي متوسط ماده در جهان مربوط است.

3)     لاندا، كه انرژي فضاي خالي يا انرژي تاريك است.

بسياري از كيهان‌شناسان تمام عمر حرفه‌اي خود را صرف تعيين دقيق اين سه پارامتر كرده‌اند. اثر متقابل بين اين سه ثابت، سير تكاملي آينده جهان را تعيين مي‌كند. به عنوان مثال از آنجايي كه گرانش يك نيروي جذب‌كننده است،‌چگالي جهان (امگا) همانند ترمزي عمل مي‌كند تا فرايند انبساط جهان را كه پس از انفجار بزرگ آغاز شده است، كند نمايد. فرض كنيد كه سنگي را به هوا پرتاب كنيد. در حالت عادي، قدرت جاذبه‌ي زمين به اندازه‌اي است كه مي‌تواند جهت سنگ را تغيير داده و باعث سقوط آن بر روي زمين شود. ولي اگر فردي سنگي را به اندازه‌اي كافي سريع پرتاب كند، سنگ خواهد توانست از جاذبه‌ي زمين بگريزد و به فضاي بيرون برود. همانند سنگ،‌ حهان نيز در اصل به دليل انفجار بزرگ همواره در حال انبساط بوده است ولي ماده يا همان امگا،  در مقابل انبساط جهان مثل ترمز عمل مي‌كند. همان‌طور كه گرانش زمين براي سنگ به صورت ترمز عمل مي‌كند.

بياييد براي لحظه‌اي تصور كنيم كه لاندا،  انرژي فضاي خالي،  برابر صفر باشد. تعريف دقيق پارامتر امگا چنين است:

امگا:  حاصل تقسيم چگالي جهان بر چگالي بحراني. چگالي بحراني جهان تقريباً برابر با 10 اتم هيدروژن در متر مكعب است. چگالي بحراني جهان متناظر است با وجود به طور ميانگين يك اتم هيدروژن تنها در حجمي برابر با سه توپ بسكتبال.

omega

اگر امگا كمتر از يك باشد، دانشمندان نتيجه مي‌گيرند كه به اندازه‌ي كافي ماده در جهان وجود ندارد تا انبساط ناشي از انفجار بزرگ را معكوس كند. (شبيه به پرتاب‌كردن سنگ در هوا، اگر جرم زمين به اندازه‌ي كافي بزرگ نباشد،‌ سنگ در نهايت زمين را ترك خواهد گفت). در نتيجه، جهان تا ابد به انبساط ادامه خواهد داد كه در نهايت با نزديك‌شدن دما به صفر مطلق به انجماد بزرگ منتهي خواهد شد.

اگر امگا از يك بزرگ‌تر باشد،‌آنگاه ماده و در نتيجه گرانش كافي در جهان موجود خواهد بود تا در نهايت انبساط كيهاني را معكوس كند. در نتيجه، فرايند انبساط جهان در نقطه‌اي متوقف شده و جهان اينبار شروع به انقباض خواهد كرد. با سرعت گرفتن كهكشان‌ها و ستارگان به سمت يكديگر،‌ دماها شروع به افزايش مي‌كنند. در نهايت دما آنقدر زياد خواهد شد كه حيات رو به خاموشي گذاشته و جهان به سمت فروپاشي بزرگ (Big Crunch) خواهد رفت. ستاره‌شناسي به نام كن كراسول، اين فرايند را چنين توصيف مي‌كند:  از تولد تا تدفين.

احتمال سومي هم وجود دارد كه امگا دقيقاً برابر يك باشد. به بيان ديگر،‌چگالي جهان برابر با چگالي بحراني باشد كه در اين حالت جهان بين دو حالت فوق‌الذكر بوده و تا ابد انبساط خواهد يافت. كه البته اين سناريو با تصوير تورمي جهان سازگاري دارد.

End_of_universe2

و در آخر اين امكان وجود دارد كه جهان،‌  پس از فروپاشي بزرگ،‌ به انفجار بزرگ جديدي وارد مي‌شود. اين نظريه با نام جهان نوسانگر شناخته مي‌شود.

فرديمن نشان داد كه هر كدام از اين سناريوها، به نوبه‌ي خود انحناي فضا-زمان جهان را تعيين مي‌كنند.

وي نشان داد كه اگر امگا از يك كوچكتر باشد و جهان براي هميشه منبسط شود،‌نه تنها زمان نامتنهاي است، بلكه فضا نيز به همان ترتيب نامتناهي خواهد بود. در اين صورت گفته مي‌شود كه جهان «باز» است. يعني هم از نظر زمان و هم از نظر فضا نامتناهي است. فرديمن با محاسبه دريافت كه انحناي اين جهان منفي است. يعني اين جهان شبيه سطح يك زين يا ترومپت است. اگر حشره‌اي بر روي اين سطح زندگي مي‌كرد، مي‌ديد كه خطوط موازي نه تنها يكديگر را قطع نمي‌كنند، بلكه از هم فاصله نيز مي‌گيرند و مجموع زواياي يك مثلث كم‌تر از 180 درجه است.

اگر امگا بزرگتر از يك باشد، جهان در نهايت در جهت تحقق يك فروپاشي بزرگ،‌منقبض خواهد شد. زمان و فضا در اين حالت متناهي‌اند. فريدمن دريافت كه انحناي اين جهان مثبت است. درست شبيه به يك كره.

در نهايت اگر امگا برابر با يك باشد، آنگاه فضا تخت است و فضا و زمان هيچ‌كدام كرانه يا مرزي ندارند اي در اصطلاح بي‌كران هستند.

فريدمن نه تنها اولين تفسير جامع از معادلات كيهان‌شناسي اينشتين را فراهم آورد، بلكه توانست واقع‌گرايانه‌ترين تخمين را براي روز رستاخيز ارائه كند. سرنوشت نهايي جهان چنين است:

يا در يك انجماد بزرگ نابوده شده يا در يك فروپاشي بزرگ مي‌سوزد يا براي هميشه نوسان مي‌كند. پارامترهاي تعيين‌كننده اين سرنوشت،  عبارتند از:  چگالي جهان و انرژي خلاء.

ولي تصوير فرديمن سوالي در ذهن باقي گذاشت:

اگر جهان در حال انبساط است، احتمالاً آغازي داشته است. نظريه‌ي اينشتين چيزي در مورد اين لحظه آغاز نمي‌گويد. آنچه از قلم افتاده، لحظه‌ي آفرينش است. انفجار بزرگ. سرانجام سه تن از دانشمندان، ناگزيرترين تصوير از انفجار بزرگ را ارائه كردند.

ادامه دارد …

منبع: كتاب جهان‌هاي موازي، نوشته‌ي ميچيو كاكو

قسمت اول

قسمت دوم

قسمت سوم

قسمت چهارم

قسمت پنجم



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

2 دیدگاه‌ها