آیا هابل و انیشتین اشتباه می‌کردند و نظریه انبساط کیهان حاصل یک توهم است؟

بدون شک همه افرادی که اندکی با مطالعات حوزه کیهان‌شناسی و فیزیک پیرامون آن آشنایی دارند این نظریه را شنیده‌اند که جهان در حال انبساط است. این نظریه ریشه‌های متعددی دارد که دانشمندان بزرگی مانند هابل و انیشتین به مطالعه روی آن پرداخته‌اند. اما به تازگی پژوهشی توسط یک دانشمند آلمانی انجام شده که می‌گوید شاید انبساط کیهان یک توهم بوده و با سطحی مسطح و ساکن روبرو هستیم که از تکامل توده‌های ذرات به وجود آمده است.

یکی از اساسی ترین سوالات در کیهان شناسی این است که جهان چگونه آغاز شده و چگونه در طول زمان تکامل یافته است. معروف‌ترین نظریه در این خصوص که به مدل بیگ بنگ معروف است، نشان می‌دهد که جهان از یک تکینگی، نقطه ای با چگالی و دمای بی نهایت شروع شده و سپس در فرآیندی به نام انبساط، به سرعت گسترش یافته است. انبساط کیهان هنوز ادامه دارد که توسط نیروی مرموزی به نام انرژی تاریک هدایت می شود که حدود 70 درصد از کل چگالی انرژی کیهان را تشکیل می دهد.

ایده انبساط کیهان از کجا آمد؟

همه ما نام نامی دانشمند بزرگ علم ستاره‌شناسی ادوین هابل را به واسطه عکس‌هایی که ده‌ها سال توسط تلسکوپی به همین نام از اعماق کیهان به ما نشان داده شده شنیده‌ایم. هابل در جریان تحقیقات خود متوجه شد که اثری در طول موج دریافتی از اجرام کیهانی وجود دارد که می‌توان نشان داد با هر چه دورتر شدن آنها به رنگ قرمز میل می‌کند. این اثر که به Red Shift یا انتقال به سرخ نامیده می‌شود پایه نظریه‌ای شد که بعدها به اتساع، انبساط یا گسترش کیهان معروف گردید و دانشمندان بی‌شماری از جمله آلبرت انیشتین نیز روی آن تحقیقات بسیاری انجام دادند.

با این حال، طی سالیان اخیر برخی از فیزیکدانان این دیدگاه را به چالش کشیده و توضیحات جایگزین برای پدیده‌های مشاهده شده ارائه کرده‌اند.

انتقال به سرخ، نشانه‌ای از انبساط دائمی جهان است که اجسام را از ما دورتر می‌کند. بنابر تحقیقات اخیر سرعت انبساط جهان در حال افزایش است که این فرآیند اغلب به عنوان یک ثابت کیهانی یا لامبدا (λ) شناخته می‌شود.

بنابر گزارش Live Science، یکی از این دانشمندان کریستف وتریش، فیزیکدان نظری در دانشگاه هایدلبرگ آلمان است که از سال 2013 ایده ای رادیکال را توسعه داده که می‌گوید: «اگر جهان در حال انبساط نباشد، اما در عوض، جرم همه ذرات در طول زمان افزایش می یابد، چه؟»

تصویر فوق بهترین تجسم نظریه انبساط کیهان است که آن را شبیه باد شدن هر چه بیشتر یک بادکنک تفسیر می‌کند. همانطور که در تصویر فوق مشاهده می‌کنید می‌توان هر جرم را معادل یک نقطه روی بادکنک تجسم کرد که با باد شدن هر چه بیشتر آن به صورت مشخص از همه اجسام دیگر در سطح بادکنک دورتر می‌شود. در واقع در نظریه انبساط کیهان، همه اجرام از هم دورتر می‌شوند و هر چه جسمی از دیگری دورتر شود، طیف رسیده موجی از آن به جرم دیگر نیز به رنگ سرخ میل می‌کند.

نظریه انقلابی وتریش در مورد توهم انبساط کیهان

نظریه وتریش که در ژورنال Classical and Quantum Gravity (متعلق به دانشگاه ژنو سوئیس) منتشر شده، مبتنی بر مفهومی به نام «گرانش متغیر» است که در نظریه نسبیت عام انیشتین داخل شده و به ثابت گرانشی G اجازه می‌دهد که با زمان تغییر می‌دهد. به گفته وتریش، G با میانگین جرم همه ذرات جهان متناسب است، بنابراین با افزایش G، جرم هر چیز نیز افزایش می‌یابد. این بدان معنی است که فاصله بین اجسام تغییر نمی‌کند، اما جرم آنها تغییر کرده و توهم انبساط ایجاد می‌کند.

وتریچ ادعا می کند که نظریه او می‌تواند مشاهدات مشابه مدل استاندارد مانند، انتقال به سرخ کهکشان‌های دور، تابش پس زمینه (مایکروویو) کیهانی و تشکیل ساختارهای مقیاس بزرگ را توضیح دهد. او همچنین استدلال می‌کند که نظریه‌اش از برخی مشکلات و پارادوکس‌هایی (مانند تکینگی در آغاز زمان، تنظیم دقیق شرایط اولیه، و ماهیت و منشأ انرژی تاریک) که مدل استاندارد را به چالش کشیده نیز اجتناب می‌کند.

چالش‌ها و انتقادها به نظریه سراب انبساط کیهان

همانطور که می‌توان انتظار داشت، نظریه وتریچ به طور گسترده توسط جامعه علمی پذیرفته نشده و با چالش‌ها و انتقادات زیادی روبرو شده است. امر مسلم آن است که با هیچ معیاری نمی‌توانیم نظریه او را به صورت تجربی آزمایش کنیم، زیرا این نظریه همان اثرات مدل استاندارد فعلی را پیش بینی می‌کند.

نظریه جدید همچنین نیاز به تفسیر جدیدی از مکانیک کوانتومی دارد که با چارچوب موجود سازگار نیست. همچنین، نظریه تهوم انبساط کیهان برخی از مشاهدات اخیر (مانند امواج گرانشی ناشی از ادغام سیاهچاله ها و ستاره های نوترونی) را که از مدل استاندارد پشتیبانی می‌کنند، توضیح نمی‌دهد.

با توجه به توضیحات فوق، بیشتر کیهان شناسان هنوز مدل استاندارد را بر نظریه وتریش ترجیح می‌دهند و به دنبال شواهد بیشتری برای تأیید یا رد آن هستند. انتظار می‌رود دو تلسکوپ فضایی جدید، Euclid و WFIRST که اولی طی چند روز آینده و دومی طی چند سال آینده به فضا پرتاب شده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری از نرخ انبساط و خواص انرژی تاریک ارائه دهند بتوانند به ما در رسیدن به پاسخ‌های مطمئن‌تر و روشن‌تر، یاری رسانند. در واقع باید گفت که این ماموریت‌ها به روشن شدن بیشتر یکی از بزرگترین رازهای جهان ما کمک می کند: «آیا کیهان واقعاً در حال گسترش است یا پدیده فقط یک سراب است؟»