بحران کیهانشناسی: بالاخره جهان تخت است یا کروی؟

اگر به اندازه‌ی کافی در یک جهت پیش در کیهان پیش بروید، می‌توانید به همان جایی که سفرتان را آغاز کرده بودید برسید. سنجش‌های انجام شده توسط رصدخانه‌ی فضایی پلانک نشان داده که جهان هستی به جای آن که یک ورقه‌ی تخت باشد، احتمالا ساختاری کروی دارد- نتیجه‌ای که می‌تواند تقریبا هر آنچه که فکر می‌کنیم درباره‌ی کیهان می‌دانیم را تغییر دهد.

رصدخانه‌ی پلانک که از ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳ کار می‌کرد، تابش زمینه‌ی ریزموج کیهان را نقشه‌برداری کرد؛ این تابش دریایی از نور است که از مهبانگ (انفجار بزرگ) به جا مانده.

مجموعه‌ای از رصدهای این رصدخانه نشان می‌داد که همگرایی گرانشی (خمِش نور به دلیل اعوجاج شکلِ فضازمان توسط اجرام بزرگ) بیش از چیزی‌ست که انتظار می‌رود. بر پایه‌ی محاسبه‌ی الساندرو ملکیوری و همکارانش از دانشگاه ساپینزای رم، این می‌تواند بدین دلیل باشد که کل کیهان با آنچه می‌پنداشتیم تفاوت دارد.

همه‌ی داده‌های کیهان‌شناختیِ دیگر نشان می‌دهند که کیهان تخت است، یعنی خمیدگی‌ای (انحنایی) ندارد، مانند یک برگ کاغذ. این داده‌های پلانک نشانگر اینند که ساختار و شکل کیهان می‌تواند "بسته" یا کَرانمند ( کروی) باشد، که یعنی اگر به اندازه‌ی کافی در یک جهت دور بشویم، باید دوباره به همان نقطه‌ی آغاز برگردیم. دلیل چنین چیزی اینست که بیشتر بودنِ همگرایی به معنای بیشتر بودنِ ماده‌ی تاریک است که کیهان را به جای یک ورق تخت، به درون یک کره‌ی محدود و کَرانمند می‌کشاند.

این رصدها نشان می‌دهند که احتمالِ بسته بودنِ کیهان ۴۱ برابرِ احتمال تخت بودن آنست. ملکیوری می‌گوید: «این دقیق‌ترین داده‌ی کیهان شناختی است و تصویری متفاوت را به ما نشان می‌دهد.»

اگر کیهان به راستی کرانمند باشد، این می‌تواند چالش و مشکلی بزرگ برای شناخت ما از کیهان شود. یک راز کیهان‌شناختی دیگر اینست که به نظر می‌رسد کیهانِ نزدیک دارد با سرعتی بیش از آنچه باید گسترش می‌یابد. توضیح این با مدل استاندارد کیها‌ن‌شناسی که از یک جهان تخت می‌گوید کار دشواری است، و به محاسبه‌ی این دانشمندان، اگر کیهان را کروی بدانیم توضیحش با مدل استاندارد دشوارتر هم خواهد بود، به همراه چند ناهمخوانیِ کیهانیِ دیگری که هنوز توضیحی برایشان نیافته‌ایم. این به اندازه‌ای بد است که نام را "بحران کیهان‌شناسی" گذاشته‌اند.»

ملکیوری میگوید: «در یک کیهان کرانمند، این ناهنجاری‌ها جدی‌تر از چیزی که فکر می‌کردیم می‌شوند. اگر هیچ چیز با هم جور در نیاید، باید درباره‌ی مدلمان از کیهان و پیدایش آن سخت بیندیشیم.»

در توضیح معمول برای پیدایش کیهان از یک دوره به نام پَندام (تورم) که درست پس از مهبانگ بود گفته می‌شود، هنگامی که کیهان در کسری از ثانیه گسترشی سریع و نمایی پیدا کرد. مدل‌های کنونی پندام به طور طبیعی ما را به کیهانی تخت می‌رسانند، پس اگر واقعا کیهان بسته باشد، این مدل‌ها هم باید تغییر کنند.

ملکیوری می‌گوید: «ما نیاز به مدل تازه‌ای داریم، و هنوز نمی‌دانیم چه مدلی.» هیچ کس راهکاری برای آشتی دادن این رصدهای پلانک با بسیاری از اندازه‌گیری‌های کیهان‌شناختی‌ای که با آنها همخوان نیستند ندارد، اندازه‌گیری‌هایی که حتی برخی از رصدهای دیگرِ خود پلانک را هم شامل می‌شود.»

در حقیقت، هر سنجشِ (اندازه‌گیریِ) کیهان‌شناختی دیگری که داریم به یک کیهان تخت اشاره می‌کنند. هیچ رصد دیگری که نشانگر بسته بودنِ احتمالیِ کیهان باشد سراغ نداریم، و شانسِ این هست که این سنجش‌های پلانگ تنها خطای آماری باشند.

دیوید اسپرگل از دانشگاه پرینستون می‌گوید: «اگر این درست باشد، پیامدهای ژرفی برای شناخت ما از کیهان خواهد داشت. این واقعا ادعای مهمی‌ست، ولی مطمئن نیستم ادعایی باشد که داده‌ها از آن پشتیبانی کنند. در حقیقت، من می‌گویم شواهد عملا خلاف آن هستند.»

اسپرگل می‌گوید داده‌های بیشتر در سال‌های آینده به ما نشان خواهند داد که باید این ناهنجاری را جدی بگیریم یا آن را تنها یک خطای آماری بدانیم. رصدخانه‌ی سایمونز که اکنون در شیلی در دست ساخت است به ما امکان خواهد داد تا همگرایی گرانشی را از پلانک هم دقیق‌تر بسنجیم، و این به ما درباره‌ی بود و نبودِ واقعیِ یک بحران کیهان‌شناختی خواهد گفت.

جزییات یافته‌های این دانشمندان در نشریه‌ی نیچر آسترونومی منتشر شده است.

--------------------------------------------

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

Planck space observatory - Planck observatory - cosmic microwave background - dark matter - big bang - space-tim - Alessandro Melchiorri - Sapienza University - Rome - cosmological crisis - inflation - standard model - David Spergel - Princeton University - Simons Observatory - Chile - Nature Astronomy

منبع: نیوساینتیست

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان