راز چرخش جهان: آیا پیچیده‌ ترین معمای کیهان‌ شناسی در آستانه حل شدن است؟

به گزارش بخش اخبار علمی زوم تک , از سپیده‌ دم تمدن، بشر با شگفتی به آسمان شب نگریسته و در پی فهم نظم حاکم بر این گستره بی‌کران بوده است. در میان بی‌ شمار پرسش‌ هایی که ذهن کنجکاو انسان را به چالش کشیده، این ایده که کل جهان ممکن است در حال چرخش باشد، همواره به عنوان یکی از پیچیده‌ ترین و جذاب‌ ترین معماهای کیهان‌ شناسی مطرح بوده است. اگرچه تصور یک چرخش عظیم در ابعاد کیهانی برای ذهن ما دشوار است، اما شواهد و پژوهش‌ های نوظهور، روزنه‌ های امیدی را برای حل این معمای دیرینه گشوده‌اند. حال این پرسش اساسی مطرح می‌شود: آیا جهان واقعاً در حال چرخش است و اگر چنین است، این چرخش چه پیامدهای عمیقی برای درک ما از ساختار، تکامل و سرنوشت نهایی کیهان خواهد داشت؟

آیا جهان ما می‌چرخد؟ مدلی جدید با چرخش کیهانی معمای “تنش هابل” را حل می‌کند

یکی از بزرگترین معماهای کیهان شناسی مدرن، که به “تنش هابل” یا “اختلاف هابل” مشهور است، ممکن است با یک ایده جسورانه و در عین حال قدیمی، راه حلی پیدا کند: این احتمال که کل جهان ما، هرچند به شکلی فوق العاده آهسته، در حال چرخش باشد. یک مدل نظری جدید پیشنهاد می کند که اگر کیهان ما به دور خود بچرخد، این چرخش می تواند توضیح دهد چرا اندازه گیری های مختلف از سرعت انبساط جهان، نتایج متفاوتی را به دست می دهند.

ریشه های تنش هابل

داستان از سال ۱۹۲۹ آغاز شد، زمانی که ستاره شناس برجسته آمریکایی، ادوین هابل، با انتشار مقاله ای انقلابی نشان داد که جهان ما ایستا نیست، بلکه در حال گسترش و انبساط است. کهکشان های دوردست با سرعتی متناسب با فاصله شان از ما دور می شوند. این کشف شگرف منجر به تعریف مفهومی کلیدی در کیهان شناسی به نام “ثابت هابل” (H₀) شد. ثابت هابل عددی است که نرخ یا سرعت فعلی این انبساط کیهانی را توصیف می کند و درک مقدار دقیق آن برای فهم سرنوشت و تاریخچه جهان حیاتی است.

اما با پیشرفت ابزارها و روش های اندازه گیری در دهه های بعد، مشکلی پدیدار شد. ستاره شناسان دریافتند که مقدار ثابت هابل بسته به اینکه از چه روش یا “شمع استانداردی” برای اندازه گیری فواصل و سرعت ها در کیهان استفاده کنند، متفاوت به نظر می رسد. این ناسازگاری به “تنش هابل” معروف شد.

دو روش اصلی برای اندازه گیری ثابت هابل وجود دارد که نتایج متفاوتی ارائه می دهند:

1. روش محلی (جهان نزدیک): این روش بر پایه مشاهدات اجرامی در جهان نسبتا نزدیک به ما استوار است. ستاره شناسان از “شمع های استاندارد” مانند ابرنواخترهای نوع Ia (انفجارهای مهیب ستاره های کوتوله سفید در سیستم های دوتایی) یا ستاره های متغیر قیفاووسی (که درخشندگی آن ها با دوره تناوبشان رابطه دقیقی دارد) برای اندازه گیری دقیق فواصل کهکشان ها و سپس سرعت دور شدن آن ها استفاده می کنند. اندازه گیری ها با این روش ها به طور مداوم مقداری برای ثابت هابل در حدود ۷۳ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک به دست می دهند. (یک مگاپارسک حدود ۳.۲۶ میلیون سال نوری است).
2. روش کیهانی (جهان اولیه): این روش بر پایه تحلیل تابش پس زمینه کیهانی (Cosmic Microwave Background یا CMB) استوار است. CMB نوری باستانی است که حدود ۳۸۰ هزار سال پس از بیگ بنگ (مهبانگ) در سراسر کیهان منتشر شد و تصویری از جهان در دوران نوزادی اش ارائه می دهد. با تحلیل دقیق الگوهای نوسانات دما و قطبش در CMB و استفاده از مدل استاندارد کیهان شناسی (مدل Lambda-CDM)، دانشمندان می توانند پارامترهای کیهانی، از جمله ثابت هابل را تخمین بزنند. این روش به طور مداوم مقداری در حدود ۶۷ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک برای ثابت هابل به دست می دهد.

اختلاف حدود ۱۰ درصدی بین این دو دسته از اندازه گیری ها، اگرچه ممکن است کوچک به نظر برسد، اما از نظر آماری بسیار معنادار است و نشان می دهد که یا در یکی (یا هر دو) از روش های اندازه گیری خطاهای سیستماتیک ناشناخته ای وجود دارد، یا اینکه مدل استاندارد کیهان شناسی ما، که اساس تحلیل CMB است، نیاز به بازنگری یا تکمیل دارد. این تنش، یکی از داغ ترین مباحث در کیهان شناسی امروز است.

راه حل چرخشی؟

حالا، یک مدل ریاضی جدید که توسط ایشتوان ساپودی، ستاره شناس موسسه اخترشناسی دانشگاه هاوایی در مانوا و همکارانش ارائه شده، راه حل بالقوه ای را مطرح می کند که نیازی به تغییر اساسی در فیزیک بنیادی ندارد. آن ها پیشنهاد می کنند که اگر فرض کنیم کل جهان ما در حال چرخش است، این چرخش، هرچند بسیار آهسته، می تواند اختلاف مشاهده شده در مقادیر ثابت هابل را توضیح دهد. بر اساس مدل آن ها، جهان ما برای کامل کردن یک دور چرخش کامل به دور خود، به زمانی حدود ۵۰۰ میلیارد سال نیاز دارد! این سرعت چرخش به قدری کند است که تشخیص مستقیم آن با روش های فعلی تقریبا غیر ممکن است.

ایده چرخش کیهانی به خودی خود جدید نیست. کورت گودل، ریاضیدان مشهور اتریشی، در سال ۱۹۴۹ در مقاله ای نشان داد که معادلات نسبیت عام اینشتین راه حل هایی را مجاز می دانند که جهانی در حال چرخش را توصیف می کنند. بعدها، پژوهشگران دیگری مانند استیون هاوکینگ نیز این فرضیه را مورد بررسی قرار دادند.

آنچه در پژوهش جدید ساپودی و تیمش تازگی دارد، به کارگیری مستقیم ایده چرخش جهان برای حل معمای “تنش هابل” است. آن ها استدلال می کنند از آنجایی که تقریبا تمام اجرام شناخته شده در کیهان، از سیارات و ستاره ها گرفته تا کهکشان ها و حتی سیاهچاله ها، دارای حرکت چرخشی هستند، کاملا طبیعی است که این رفتار به کل جهان نیز تعمیم داده شود. ساپودی در ایمیلی به لایوساینس گفت: “مدل کیهان شناسی همگرای ما (مدل استاندارد) دارای برخی ایرادات است. چرخش آهسته جهان می تواند معمای هابل را حل کند.” او افزود: “با کمال شگفتی دریافتیم که مدل چرخشی ما این تناقض را حل می کند، بدون آنکه با اندازه گیری های فعلی اخترشناسی در تضاد باشد.”

محدودیت ها و گام های بعدی

با وجود جذابیت این مدل، خود نویسندگان اذعان دارند که کار آن ها هنوز کامل نیست. مدلی که آن ها ارائه داده اند، تنها بخشی از فیزیک پیچیده حاکم بر کیهان را در نظر گرفته است. ساپودی توضیح می دهد: “ما از فیزیک نیوتنی با ورودی هایی از نسبیت عام استفاده کردیم. یک بررسی کامل با نظریه نسبیت عام مطلوب تر خواهد بود.” نسبیت عام اینشتین چارچوب دقیق تری برای توصیف گرانش و ساختار بزرگ مقیاس کیهان است و تحلیل کامل تری از جهان در حال چرخش نیازمند استفاده از این نظریه است.

علاوه بر این، مدل آن ها فرض می کند که جهان در مقیاس بزرگ یکنواخت (همگن) است و چگالی آن در طول تکامل کیهانی تغییر نکرده است، فرض هایی که ممکن است نیاز به بررسی دقیق تر داشته باشند.

گام بعدی برای این پژوهشگران، مقایسه دقیق تر مدل چرخشی جهان با سایر مدل های کیهان شناسی و همچنین تلاش برای یافتن راه هایی برای آزمودن تجربی این ایده است، هرچند که تشخیص چرخش فوق العاده کند پیشنهادی، چالش بسیار بزرگی خواهد بود.

این مطالعه که در ژورنال معتبر “اطلاعیه های ماهانه انجمن سلطنتی نجوم” (MNRAS) منتشر شده است، راه حل جالبی برای یکی از مهم ترین چالش های کیهان شناسی ارائه می دهد و بار دیگر نشان می دهد که درک ما از جهان پیرامونمان هنوز کامل نیست و ممکن است شگفتی های بیشتری در انتظار کشف باشند.