پارادوکس‌های نسبیت – قسمت چهارم
طبیعتاً، نظریه‌ی اینشتین شامل مجموعه‌ای از معادلات فوق‌العاده مشکل است که اغلب برای یافتن جواب آنها به رایانه نیاز است. فریدمن ابتدا فرض کرد که جهان دینامیک است و سپس دو فرض دیگر برای ساده‌سازی در نظر گرفت که اصول کیهان‌شناسی نامیده شدند:
۱) جهان ایزوتروپیک، یعنی دارای خواص فیزیکی مشابه است و از یک نقطه داده‌شده به هر سو بنگریم، یکسان به نظر می‌آید.
۲) جهان همگن است. در واقع جهان در همه‌جا یکنواخت است.
با در نظر گرفتن این دو فرض، معادلات اینشتین ساده می‌شوند. در واقع هر دو جهان اینشتین و دسیتر، حالات ویژه‌ای از جواب عمومی‌تر فریدمن بودند. جهان فریدمن فقط به سه پارامتر بستگی دارد:
۱) ثابت هابل (H)، که سرعت انبساط عالم را نشان می‌دهد.
۲) امگا (Ω)، که به چگالی متوسط ماده در جهان مربوط است.
۳) لاندا، که انرژی فضای خالی یا انرژی تاریک است.
بسیاری از کیهان‌شناسان تمام عمر حرفه‌ای خود را صرف تعیین دقیق این سه پارامتر کرده‌اند. اثر متقابل بین این سه ثابت، سیر تکاملی آینده جهان را تعیین می‌کند. به عنوان مثال از آنجایی که گرانش یک نیروی جذب‌کننده است،چگالی جهان (امگا) همانند ترمزی عمل می‌کند تا فرایند انبساط جهان را که پس از انفجار بزرگ آغاز شده است، کند نماید. فرض کنید که سنگی را به هوا پرتاب کنید. در حالت عادی، قدرت جاذبه‌ی زمین به اندازه‌ای است که می‌تواند جهت سنگ را تغییر داده و باعث سقوط آن بر روی زمین شود. ولی اگر فردی سنگی را به اندازه‌ای کافی سریع پرتاب کند، سنگ خواهد توانست از جاذبه‌ی زمین بگریزد و به فضای بیرون برود. همانند سنگ، حهان نیز در اصل به دلیل انفجار بزرگ همواره در حال انبساط بوده است ولی ماده یا همان امگا، در مقابل انبساط جهان مثل ترمز عمل می‌کند. همان‌طور که گرانش زمین برای سنگ به صورت ترمز عمل می‌کند.
بیایید برای لحظه‌ای تصور کنیم که لاندا، انرژی فضای خالی، برابر صفر باشد. تعریف دقیق پارامتر امگا چنین است:
امگا: حاصل تقسیم چگالی جهان بر چگالی بحرانی. چگالی بحرانی جهان تقریباً برابر با ۱۰ اتم هیدروژن در متر مکعب است. چگالی بحرانی جهان متناظر است با وجود به طور میانگین یک اتم هیدروژن تنها در حجمی برابر با سه توپ بسکتبال.
اگر امگا کمتر از یک باشد، دانشمندان نتیجه می‌گیرند که به اندازه‌ی کافی ماده در جهان وجود ندارد تا انبساط ناشی از انفجار بزرگ را معکوس کند. (شبیه به پرتاب‌کردن سنگ در هوا، اگر جرم زمین به اندازه‌ی کافی بزرگ نباشد، سنگ در نهایت زمین را ترک خواهد گفت). در نتیجه، جهان تا ابد به انبساط ادامه خواهد داد که در نهایت با نزدیک‌شدن دما به صفر مطلق به انجماد بزرگ منتهی خواهد شد.
اگر امگا از یک بزرگتر باشد،آنگاه ماده و در نتیجه گرانش کافی در جهان موجود خواهد بود تا در نهایت انبساط کیهانی را معکوس کند. در نتیجه، فرایند انبساط جهان در نقطه‌ای متوقف شده و جهان اینبار شروع به انقباض خواهد کرد. با سرعت گرفتن کهکشان‌ها و ستارگان به سمت یکدیگر، دماها شروع به افزایش می‌کنند. در نهایت دما آنقدر زیاد خواهد شد که حیات رو به خاموشی گذاشته و جهان به سمت فروپاشی بزرگ (Big Crunch) خواهد رفت. ستاره‌شناسی به نام کن کراسول، این فرایند را چنین توصیف می‌کند: از تولد تا تدفین.
احتمال سومی هم وجود دارد که امگا دقیقاً برابر یک باشد. به بیان دیگر،چگالی جهان برابر با چگالی بحرانی باشد که در این حالت جهان بین دو حالت فوق‌الذکر بوده و تا ابد انبساط خواهد یافت. که البته این سناریو با تصویر تورمی جهان سازگاری دارد.
و در آخر این امکان وجود دارد که جهان، پس از فروپاشی بزرگ، به انفجار بزرگ جدیدی وارد می‌شود. این نظریه با نام جهان نوسانگر شناخته می‌شود.
فردیمن نشان داد که هر کدام از این سناریوها، به نوبه‌ی خود انحنای فضا-زمان جهان را تعیین می‌کنند.
وی نشان داد که اگر امگا از یک کوچکتر باشد و جهان برای همیشه منبسط شود،نه تنها زمان نامتنهای است، بلکه فضا نیز به همان ترتیب نامتناهی خواهد بود. در این صورت گفته می‌شود که جهان «باز» است. یعنی هم از نظر زمان و هم از نظر فضا نامتناهی است. فردیمن با محاسبه دریافت که انحنای این جهان منفی است. یعنی این جهان شبیه سطح یک زین یا ترومپت است. اگر حشره‌ای بر روی این سطح زندگی می‌کرد، می‌دید که خطوط موازی نه تنها یکدیگر را قطع نمی‌کنند، بلکه از هم فاصله نیز می‌گیرند و مجموع زوایای یک مثلث کمتر از ۱۸۰ درجه است.
اگر امگا بزرگتر از یک باشد، جهان در نهایت در جهت تحقق یک فروپاشی بزرگ،منقبض خواهد شد. زمان و فضا در این حالت متناهی‌اند. فریدمن دریافت که انحنای این جهان مثبت است. درست شبیه به یک کره.
در نهایت اگر امگا برابر با یک باشد، آنگاه فضا تخت است و فضا و زمان هیچ‌کدام کرانه یا مرزی ندارند ای در اصطلاح بی‌کران هستند.
فریدمن نه تنها اولین تفسیر جامع از معادلات کیهان‌شناسی اینشتین را فراهم آورد، بلکه توانست واقع‌گرایانه‌ترین تخمین را برای روز رستاخیز ارائه کند. سرنوشت نهایی جهان چنین است:
یا در یک انجماد بزرگ نابوده شده یا در یک فروپاشی بزرگ می‌سوزد یا برای همیشه نوسان می‌کند. پارامترهای تعیین‌کننده این سرنوشت، عبارتند از: چگالی جهان و انرژی خلاء.
ولی تصویر فردیمن سوالی در ذهن باقی گذاشت:
اگر جهان در حال انبساط است، احتمالاً آغازی داشته است. نظریه‌ی اینشتین چیزی در مورد این لحظه آغاز نمی‌گوید. آنچه از قلم افتاده، لحظه‌ی آفرینش است. انفجار بزرگ. سرانجام سه تن از دانشمندان، ناگزیرترین تصویر از انفجار بزرگ را ارائه کردند.
ادامه دارد …
منبع: کتاب جهان‌های موازی، نوشته‌ی میچیو کاکو
قسمت اول
قسمت دوم
قسمت سوم
قسمت چهارم
قسمت پنجم
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=3403
(۱۳ نفر , میانگین : ۴,۷۷ از ۵)
بسیار عالی
در مورد “جهان شبیه سطح یک زین یا ترومپت است” میشه مطلب بیشتری بگذارید؟
شگفت انگیز
سپاس از شما