انتشار این مقاله


دستاوردهای عظیم (۹۰): قانون هابل و انبساط جهان

در ۱۹۲۵، Edwin Hubble اخترشناس آمریکایی با ایجاد قانون هابل و کشف انبساط جهان نشان داد که جهان اطراف پویاتر از آنی است که بشر فکر می‌کرد.

در اوایل قرن بیستم،هنگامی که آلبرت انیشتین می‌خواست تئوری جاذبه خود را فرمول‌بندی کند، زمانی که اخترشناسان تنها از کهکشان خودشان باخبر بودند، او مجبور بود فرض کند که تمام خصوصیات کیهان در همه جهات یکسان بوده و از هر نظر مشاهده‌کننده‌ در بیرون کهکشان آن را به یک شکل می‌بیند. مثل نیوتون که ۲۰۰ سال پیش، جهان را در حالت ایستا یا استاتیک در نظر می‌گرفت که در آن ستارگان در فضای بیکران بی‌حرکت ایستاده‌اند.

با این حال زمانی که اینشتین می‌خواست تئوری نسبیت عام خود را به جهان، به صورت یک واحد، اعمال کند، متوجه شد که فضا-زمان به عنوان یک واحد کامل باید پیچ‌خوردگی‌هایی داشته‌باشد، که خود باعث می‌شد مواد در ان حرکت کند و تحت اثر جاذبه خود منقبض شوند. بنابراین در اوایل ۱۹۱۷، اینشتین و دیگران متوجه شدند که معادلات نسبیت عام یک جهان ایستا را توصیف نمی‌کند. هرچند از طرف دیگر خود او با ایده یک جهان دینامیک و محدود موافق نبود. اضافه کردن عبارات اضافی و خودسرانه برای یک تئوری در ان زمان پدیده تازه‌ای نبود.

همانطور که اشاره شد، فرض یک جهان ایستا همیشه وجود داشت. برای مقایسه، در بیشتر طول تاریخ زمین ایستا در مرکز جهان هستی قرار داشت. در اواسط قرن ۱۶ کوپرنیک نشان داد که ما اصلا در مرکز جهان هستی وحتی در مرکز منظومه شمسی قرار نداشتیم. در اواخر قرن بیستم، مشاهدات Jacobus Kapteyn برای اولین بار نشان داد خورشید در مرکز کهکشانی از ستارگان قرار دارد که راه شیری نام دارد. سپس ر سال ۱۹۱۷، Curtis با نشان دادن اینکه زمین حتی در مرکز کهکشان نیز قرار ندارد، موجب سرافکندگی انسان‌ها شد.

سال‌ها بعد در ۱۹۲۵، Edwin Hubble اخترشناس آمریکایی با نشان دادن اینکه جهان چیزی فراتر از کهکشان ماست و در واقع از این جزیره‌های ستاره به تعداد میلیون‌ها در فاصله بسیار زیاد وجود دارد، جامعه علمی آن زمان را شوکه کرد.

سپس در سال ۱۹۲۹ هابل یک دستاورد مهم‌تر را اعلام کرد که اخترشناسان آن زمان کاملا توجهشان به آن جلب شده‌بود. با استفاده از تلسکوپ‌های بهبودیافته، متوجه شدند که نوری که از این کهکشان‌ها می‌آید، کم کم به سمت قرمز طیف نوری منحرف می‌شود که به اثر داپلر یا redshift معروف است که از این نتیجه گرفت که کهکشان‌ها در حال دور شدن از همدیگر هستند. بعد از آنالیز دقیق redshift های یک نوع خاصی از ستارگان به نام Cepheidها(که خصوصیات منحصر به فردشان آن‌ها را برای شمع‌های استاندارد و یا فاصله‌های دور مناسب ساخته‌است)، هابل به این نتیجه رسید که کهکشان‌ها و خوشه‌ای از کهکشان با سرعت بسیار بالا از هم دور می‌شوند بنابراین جهان از نظر اندازه‌ بزرگ‌تر می‌شود. در حقیقت همه کهکشان‌هایی که می‌بینیم، تنها آن‌هایی هستند که در طیف قرمز قرار دارند.

هابل نشان داد که در جهان در حال رشد، هر کهکشانی که از ما دور می‌شود، سرعت آن رابطه مستقیمی با فاصله آن دارد. مثلا اگر کهکشانی فاصله‌اش دو برابر کهکشان دیگر باشد، سرعت دوری از یکدیگر دو برابر خواهدبود، اگر ۱۰ برابر باشد، سرعت ۱۰ برابر خواهد بود و غیره. این قانون معمولا به این فرم نشان داده می‌شود: v = H۰که در آن v سرعت دور شدن، D فاصله مشاهده‌کننده از کهکشان و H۰ ثابت هابل است که آن‌ها را به هم متصل می‌کند. مقدارد قیق ثابت هابل خود جای بحث بسیاری را دارد: تخمین‌های اولیه هابل تقریبا ۵۰۰ کیلومتر در ثانیه در مگاپارسک بود ( معادل ۱۶۰ کیلومتر در ثانیه در میلیون سال نوری بود)؛ بهترین تخمین‌ اخیر که به کمک تلسکوپ هابل و کاوشگر WAMP حاصل شده‌است، تقریبا ۷۲ کیلومتر در ثانیه در مگاپارسک بوده‌است( بهتر است بدانید که ثابت هابل بیشتر یک پارامتر است تا ثابت، چون طی زمان دچار تغییر می‌شود).

این انبساط، که تحت عنوان توسعه متریک فضا نیز شناخته می‌شود، اثر وسیع‌الطیفی محسوب می‌شود که در آن خود کهکشان‌ها منبسط نمی‌شوند، بلکه خوشه‌های کهکشانی از هم دور می‌شوند. بنابراین جهان هستی درون یک فضای از قبل مشخص‌شده انبساط نمی‌یابد بلکه خود آن فضا منبسط می‌شود گه با اجزای مرتبط جهان تعریف می‌شود. برای تصویرسازی جهان در حال انبساط را مثل یک بادکنک در حال پر شدن در نظر بگیرید، اگر نقاط کوچک روی بادکنک نشان‌دهنده کهکشان‌ها باشند، پس با باد شدن بادکنک فاصله میان نقاط از هم  بیشتر می‌شود و سرعت دوری آن‌ها از یکدیگر افزایش می‌یابد. مثال دیگری که شاید واضح‌تر باشد، این است که کیکی را در نظر بگیرید که به هنگام پخت پف می‌کند.

در این انبساط، جهان کم و بیش از هر کهکشانی یکسان به نظر می‌رسد، اینکه ما در هر نقطه‌ای از آن‌ها می‌بینیم که کهکشان‌ها از هم دور می‌شوند به این معنی نیست که ما در مرکز جهان هستی قرار داریم؛ بلکه نظاره‌گران در تمامی کهکشان‌ها به دلیل همین قانون می‌بینند که کهکشان‌ها از ان‌ها دور می‌شوند و این الگوی پراکنش تقریبا برای همه نقاط جهان یکی است.

مدل قدیم جهان ایستا که توسط نیوتون ارائه شده‌بود، به طور قطعی رد شد ولی کشف هابل چیزی بیشتر از تغییر جهان را در اختیار ما گذاشت. اگر کهکشان‌ها از دور می‌شوند، پس در زمانی در در گذشته جهان کوچک‌تر از جهان فعلی بود و اگر گذر زمان را به مثابه یک فیلم در نظر بگیریم، باید این فیلم ابتدایی هم وجود داشته‌باشد، همین ایده به ایجاد تئوری بیگ‌بنگ انجامید. که البته با وجود اینکه امروزه تقریبا در مقیاس جهانی پذیرفته شده‌است، در گذشته از آن استقبال گرمی نشده‌بود.

با پدیدار شدن شواهد برای تئوری هابل، اینشتین مجبور شد که از ایده خود در مورد وجود یک نیرو برای رانش کیهانی دست بردارد، و آن را بزرگ‌ترین اشتباه خود نامید. ولی سایرین، بالاخص Alexander Friedmann فیزیکدان روسی و George Lemaitre فیزیکدان و کشیش بلژیکی از تئوری خود اینشتین برای اثبات دینامیک بودن جهان هستی استفاده کرند، چه در حال انقباض و چه در حال انبساط باشند. امروزه معلوم شده‌است که تعریف اینشتین از جاذبه که آن‌ها را پیچ‌وتاب‌هایی از فضاوزمان در تئوری نسبیت عام خود در نظر می‌گرفت، در واقع یکی از اولین شاخصه‌های شناختی جهان است.

محمد امین اکبرزاده


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

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