کروی یا مسطح؛ جهان ما چه شکلی دارد؟

فرادید | ممکن است به‌نظر برسد که جهان به دلیلِ وسعتِ زیادی که دارد بی‌شکل است، اما شکلی دارد که منجمان می‌توانند مشاهده‌اش کنند. جهان چه شکلی است؟

به گزارش فرادید، فیزیک‌دان‌ها فکر می‌کنند که جهان مسطح است. شواهد مختلفی به مسطح بودنِ جهان اشاره می‌کنند که شاملِ این موارد است: نوری که از انفجار بزرگ (بیگ‌بنگ) باقی مانده است، میزانِ توسعه و انبساط جهان در مکان‌های متفاوت و «ظاهرِ» آن از زوایایِ متفاوت.

دوید اسپِرگِل، اخترفیزیک‌دانِ نظری و استاد بازنشسته علومِ اخترفیزیک در دانشگاه پرینستون، ده‌ها سال درباره شکلِ جهان تحقیق کرده است. او در مطالعه‌ای که در سال ۲۰۰۳ منتشر شده است، نامنظمی‌هایِ تابشِ زمینه کیهانی CMB، نوری که از انفجار بزرگ به‌جا مانده و ابتدا توسط ناسا و بعد آژانس فضاییِ اروپا مشاهده شده بود را اندازه‌گیری کرد.

میزانِ انرژی‌های مثبت و منفی در یک جهانِ مسطح دقیقاً یکسان است و برای همین یکدیگر را خنثی می‌کنند. اگر جهان خمیدگی داشت، یکی از این نیرو‌ها از دیگری بزرگ‌تر بود. اسپرگل می‌گوید: «یک جهانِ مسطح با جهانی با انرژی صفر مطابقت دارد.»

نوساناتی که در اندازه‌گیریِ پس‌زمینۀ تابش کیهانی توسطِ ناسا ثبت شده است به ما می‌گوید که جهان هم مسطح و هم بی‌کران است. اسپرگل این اندازه‌گیری‌ها را با اندازه‌های آژانس فضایی اروپا مقایسه کرد که به این ترتیب شکل‌هایی که جهان می‌توانست داشته باشد را محدودتر می‌کرد.

اسپرگل می‌گوید: «می‌توانیم انحنا را با اندکی عدم‌قطعیت اندازه‌گیری کنیم، بنابراین می‌توانیم بگوییم که انحنا با قدری عدم قطعیت صفر است.» دلیلِ دیگر اسپرگل برای مثبت بودنِ نظرش درباره مسطح‌بودنِ جهان، سریع بودنِ انبساطِ جهان است که توسطِ هابل مشاهده شده است. چون جهان در زمانِ پیدایش یک توپ فشرده از ماده بود و بعد با سرعتی قابلِ ملاحظه به سمتِ بیرون گسترده شد، همه این انبساط‌ها و کشیدگی‌ها آن را مسطح یا لااقل تا حدِ امکان به شکلی مسطح نزدیک کرده است.

شواهدِ مسطح بودنِ جهان در چیزی با عنوانِ چگالیِ بحرانی نیز قابلِ مشاهده است. برطبقِ دانشگاه فنیِ سوئین‌برن در استرالیا، یک جهانِ فرضی در وضعیتِ چگالیِ بحرانی می‌تواند مسطح و در نهایت انبساطِ آن متوقف شود؛ البته این اتفاق بعد از یک زمانِ نامحدود رخ خواهد داد. اگر یک جهانِ فرضی از جهانِ فعلی متراکم‌تر بود، به شکلِ یک کره خمیده بود و در نهایت به دلیلِ جاذبه خودش روی خودش سقوط می‌کرد ـ پدیده‌ای که با عنوانِ «انهدامِ بزرگ» شناخته می‌شود.

اما همه اندازه‌گیری‌هایی که از جهانِ واقعی صورت گرفته نشان می‌دهد که این جهان در زیرِ نقطۀ چگالیِ بحرانی قرار داد که یعنی جهان هم مسطح است و هم تا بی‌نهایت گسترش پیدا خواهد کرد. مدرکِ دیگری که مسطح بودنِ جهان را اثبات می‌کند، همسان‌گردی یا ایزوتروپیک بودنِ آن است که یعنی از هر زاویه‌ای یکسان به نظر می‌رسد.

آنتون چودایکین، فیزیک‌دان در مؤسسه تحقیقاتِ هسته‌ای در روسیه و همکارانش با بررسی داده‌های مربوط به نوسانات در ماده «منظم» یا «باربیونیک» و همین‌طور مدل‌هایی که توضیح می‌دهند چطور هسته‌های اتمی سنگین‌تر از هیدروژن بلافاصله بعد از انفجار بزرگ تولید شدند، توانستند انحنای جهان را تخمین بزنند.

چودایکین می‌گوید: «ماده و نور در اشکالِ هندسیِ متفاوت به شکلِ متفاوتی توسعه پیدا می‌کنند که به ما اجازه می‌دهد شکلی سه‌بعدیِ جهان را از داده‌های مشاهده‌ای استخراج کنیم.»

این تحقیق که در نشریه Physical Review D منتشر شد به این نتیجه رسید که با حاشیه خطای ۰.۲ درصدی، جهان مسطح است. محققان نوشتند: «داده‌های گردآوری‌شده نشان می‌دهند که انحنای فضایی با صفر مطابقت دارد. این نشان می‌دهد که جهانِ ما، در محدوده [قابلِ پذیرش] عدم‌قطعیتِ آماری، لایتناهی است.»

منبع: The Science
ترجمه: عاطفه رضوان‌نیا