راه حلی برای یکی از اسرار بزرگ کیهان شناسی

فراتر از تفکرات انیشتین

راه حلی برای یکی از اسرار بزرگ کیهان شناسی – یک مطالعه اخیر پیشنهاد می کند که “تنش هابل”، یک اختلاف در اندازه گیری نرخ انبساط جهان، می تواند با استفاده از نظریه گرانش جایگزین MOND حل شود.

 این تئوری پیشنهاد می‌کند که تغییرات چگالی ماده محلی برای اختلافات مشاهده‌شده است.

مطالعه دانشگاه های بن و سنت اندروز توضیح احتمالی جدیدی را برای تنش هابل پیشنهاد می کند.

جهان در حال گسترش است. سرعت انجام این کار توسط به اصطلاح ثابت هابل-لماتر توصیف شده است.

 اما در مورد اینکه این ثابت واقعا چقدر بزرگ است اختلاف نظر وجود دارد: روش‌های اندازه‌گیری مختلف مقادیر متناقضی را ارائه می‌کنند.

 این به اصطلاح “تنش هابل” برای کیهان شناسان معما ایجاد می کند.

 محققان دانشگاه های بن و سنت اندروز اکنون راه حل جدیدی را پیشنهاد می کنند: با استفاده از یک نظریه جایگزین گرانش، اختلاف در مقادیر اندازه گیری شده را می توان به راحتی توضیح داد – کشش هابل ناپدید می شود.

 این مطالعه در حال حاضر در اعلامیه های ماهانه انجمن سلطنتی نجوم (MNRAS) منتشر شده است .

درک انبساط کیهان

انبساط کیهان باعث دور شدن کهکشان ها از یکدیگر می شود.

 سرعت انجام این کار با فاصله بین آنها متناسب است.

 به عنوان مثال، اگر کهکشان A دو برابر کهکشان B از زمین فاصله داشته باشد، فاصله آن از ما نیز دو برابر سریعتر می شود.

 ستاره شناس آمریکایی ادوین هابل یکی از اولین کسانی بود که این ارتباط را تشخیص داد.

برای محاسبه سرعت دور شدن دو کهکشان از یکدیگر، لازم است بدانیم که چقدر از هم فاصله دارند.

 با این حال، این نیز مستلزم ثابتی است که این فاصله باید در آن ضرب شود.

 این به اصطلاح ثابت هابل-لماتر است که یک پارامتر اساسی در کیهان‌شناسی است.

 ارزش آن را می توان به عنوان مثال با نگاه کردن به مناطق بسیار دور از جهان تعیین کرد.

 این سرعت تقریباً 244000 کیلومتر در ساعت در هر مسافت مگاپارسکی را نشان می دهد (یک مگاپارسک کمی بیش از سه میلیون سال نوری است).

(آبی؛ نقاط زرد نشان دهنده کهکشان های منفرد هستند). کهکشان راه شیری (سبز) در منطقه ای قرار دارد که ماده کمی دارد.

 کهکشان های موجود در حباب در جهت چگالی ماده بالاتر (فلش های قرمز) حرکت می کنند.

 بنابراین به نظر می رسد که جهان در داخل حباب سریعتر منبسط می شود.

اختلاف در اندازه گیری ها

پروفسور دکتر پاول کروپا از موسسه تابش و فیزیک هسته ای هلمهولتز در توضیح می دهد: “اما شما همچنین می توانید اجرام آسمانی را که بسیار به ما نزدیک تر هستند – به اصطلاح ابرنواخترهای دسته 1a که نوع خاصی از ستاره های در حال انفجار هستند نگاه کنید.”

دانشگاه بن می توان فاصله یک ابرنواختر 1a تا زمین را بسیار دقیق تعیین کرد. ما همچنین می دانیم که اجسام درخشان زمانی که از ما دور می شوند رنگشان تغییر می کند – و هر چه سریعتر حرکت کنند، تغییر قوی تر می شود.

 این شبیه آمبولانسی است که وقتی از ما دور می‌شود صدای آژیر آن عمیق‌تر می‌شود.

اگر اکنون سرعت ابرنواخترهای 1a را از تغییر رنگ آنها محاسبه کنیم و آن را با فاصله آنها مرتبط کنیم، به مقدار متفاوتی برای ثابت هابل-لماتر می رسیم – یعنی چیزی کمتر از 264000 کیلومتر در ساعت در هر فاصله مگاپارسکی.

 کروپا می‌گوید: «بنابراین به نظر می‌رسد که جهان در مجاورت ما – یعنی تا فاصله‌ای حدود سه میلیارد سال نوری – سریع‌تر از کل آن در حال گسترش است. “و واقعاً نباید اینطور باشد.”

با این حال، اخیراً مشاهده ای وجود دارد که می تواند این را توضیح دهد. بر این اساس، زمین در منطقه ای از فضا قرار دارد که در آن ماده نسبتا کمی وجود دارد – قابل مقایسه با یک حباب هوا در یک کیک.

 چگالی ماده در اطراف حباب بیشتر است. نیروهای گرانشی از این ماده اطراف نشأت می‌گیرند که کهکشان‌های حباب را به سمت لبه‌های حفره می‌کشند.

 دکتر ایندرانیل بانیک از دانشگاه سنت اندروز توضیح می دهد: “به همین دلیل است که آنها سریعتر از آنچه واقعاً انتظار می رود از ما دور می شوند.”

 بنابراین انحرافات را می توان به سادگی با یک “کم تراکم” محلی توضیح داد.

در واقع، اخیراً یک گروه تحقیقاتی دیگر میانگین سرعت تعداد زیادی کهکشان را که 600 میلیون سال نوری از ما فاصله دارند، اندازه گیری کردند.

 سرگیج مازورنکو از گروه تحقیقاتی کروپا که در مطالعه حاضر شرکت داشت، توضیح می‌دهد: «مشخص شد که این کهکشان‌ها چهار برابر سریع‌تر از آنچه مدل استاندارد کیهان‌شناسی اجازه می‌دهد از ما دور می‌شوند.

حباب در خمیر کیهان

این به این دلیل است که مدل استاندارد چنین کم تراکم یا “حباب” را ارائه نمی دهد – آنها در واقع نباید وجود داشته باشند.

 در عوض، ماده باید به طور مساوی در فضا توزیع شود. با این حال، اگر چنین بود، توضیح اینکه کدام نیروها کهکشان‌ها را به سرعت بالا می‌برند، دشوار بود.

کروپا می‌گوید: «مدل استاندارد مبتنی بر نظریه‌ای درباره ماهیت گرانش است که توسط آلبرت انیشتین ارائه شده است.

 با این حال، نیروهای گرانشی ممکن است متفاوت از آنچه اینشتین انتظار داشت رفتار کنند.

 گروه های کاری از دانشگاه های بن و سنت اندروز از نظریه گرانش اصلاح شده در شبیه سازی کامپیوتری استفاده کرده اند.

 این “دینامیک نیوتنی اصلاح شده” (مخفف: MOND) چهار دهه پیش توسط فیزیکدان اسرائیلی پروفسور دکتر مردهای میلگروم پیشنهاد شد.

 امروزه هنوز هم به عنوان یک نظریه خارجی در نظر گرفته می شود. کروپا می گوید: «اما در محاسبات ما، MOND وجود چنین حباب هایی را به دقت پیش بینی می کند.

اگر فرض کنیم که گرانش واقعاً مطابق فرضیات میلگروم رفتار می کند، کشش هابل ناپدید می شود: در واقع فقط یک ثابت برای انبساط جهان وجود خواهد داشت و انحرافات مشاهده شده به دلیل بی نظمی در توزیع ماده است.

راه حلی برای یکی از اسرار بزرگ کیهان شناسی

مهندس حمید تدینی: نویسنده و وبلاگ نویس مشهور، متخصص در زبان برنامه نویسی و هوش مصنوعی و ساکن آلمان است. مقالات روشنگر او به پیچیدگی های این زمینه ها می پردازد و به خوانندگان درک عمیقی از مفاهیم پیچیده فناوری ارائه می دهد. کار او به دلیل وضوح و دقت مشهور است.