شبکه خبری AP اخیراً مقاله‌ای با عنوان «بر اساس مطالعات جدید، جهان جوانتر است و سریعتر منبسط می‌شود» منتشر کرده است. بسیاری از رسانه‌های دیگر نیز این داستان را تکرار کردند و اضافه کردند که جهان ممکن است یک میلیارد سال جوان‌تراز چیزی باشد که تا کنون تصور میشد یعنی به اندازه 12.5 میلیارد سال! آیا مساله اینست که علم دوباره نظر خود را تغییر می دهد؟ چگونه ممکن است محققان تا این حد اشتباه کنند؟ یک بینش تاریخی کوچک همراه با داشتن پیشینه ای علمی در این زمینه به نشان دادن اینکه چرا دانشمندان در مورد این اختلاف به ظاهر بزرگ هیجان زده هستند کمک می کند.
تاریخچه انبساط، سِنِ جهان را نشان می دهد
دقیقترین راه برای اندازه گیری سنِ کیهان بر دانستنِ تاریخچه انبساط متکی است. این تکنیک به طور مشابه با تکنیک محاسبه مدت زمان لازم برای رانندگی و رسیدن به مقصدی مشخص کار می کند. اگر از مسافت و سرعت حرکت ماشین خود مطلع باشید تعیین زمان رانندگی ساده خواهد بود. به طور معمول شما سرعت ثابتی را در نظر می گیرید اما این محاسبه حتی با تغییر سرعت نیز کارمی کند البته تا زمانی که بدانید سرعت در طول زمان چگونه تغییرمی کند. از زمانی که ادوین هابل انبساط جهان را در سال 1929 کشف کرد، اخترشناسان کهکشان را برای تعیین میزان انبساط و همچنین سنِ آن، رصد و اندازه گیری کردند. جالب اینجاست که وقتی هابل برای اولین بار چیزی را که ما اکنون بعنوان ثابت هابل (Ho) می نامیم اندازه گیری کرد، محاسبات او سن کیهان را حدود 1.8 میلیارد سال نشان داد. با این حال دانشمندان معتقد بودند که زمین حداقل 2 میلیارد سال سن دارد.
ثابت هابل 50 است یا 100؟
در دهه های 1970 و 1980 اختر شناسان در مورد ثابت هابل به دو گروه مختلف تقسیم شدند. با توجه به روند واضح یافتن انتقال به سرخ (redshift) برای یک کهکشان، تقریباً همه ستاره شناسان در مورد سرعت دور شدن کهکشان های مختلف ازما توافق داشتند. تفاوت اصلی در دو اردوگاه مربوط به اندازه گیری فاصله آن کهکشان ها است. یک گروه بر اساس کار آلن سندیج و گوستاو تامن برای ثابت هابل در حدود 50 کیلومتر بر ثانیه برمگاپارسک ((km/s/Mpc استدلال کردند و تمرکز2 گروه دیگر بر اساس کار ژرارد دو واکولوردر خصوص ثابت هابل بود که این ثابت را نزدیک به 100 km/s/Mpc میدانستند.3 هر دو گروه ضریب خطای محاسباتیشان را بین 5-10 km/s/Mpc اعلام کردند، بنابراین هیچ راهی برای تطبیق نتایج وجود نداشت. محاسبات مقادیر کوچکتر ثابت هابل(Ho) سن کیهان را حدود 20 میلیارد سال و سن کیهان بر اساس مقادیر بزرگتر ثابت هابل نزدیک به 10 میلیارد سال بود. با توجه به این پیشینه، اختلاف فعلی یک میلیارد سال نشان دهنده یک پیشرفت قابل توجه است! حتی بدون دانستن پاسخ نهایی، اکثر دانشمندان مقادیر کوچکتر ثابت هابل(Ho) را ترجیح دادند زیرا سن خوشه های کُرَوی حدود 15 میلیارد سال محاسبه شده است.
حل اختلاف فعلی
سازمان ناسا تلسکوپ فضایی هابل را تا حد زیادی برای رفع اختلافات موجود در اندازه گیری نرخ انبساط کیهان به فضا پرتاب کرد. پس از سال‌ها کار مشقت بار و بسیاری از پیشرفت‌های دیگر در کیهان‌شناسی، دانشمندان مقدار ثابت هابل را مطابق با فرمول H0 = 72 ± 8 km/s/Mpc منتشر کردند که کم و بیش اختلافات محاسباتی پیشین 4 را کاهش داده است و بهبود روشهای اندازه گیری نیز در دو دهه گذشته ضریب خطا را از 8 واحد به حدود 1.5 واحد کاهش داده است. دانشمندان همچنین می‌توانند از امواج تابشی پس‌زمینه مایکروویو کیهانی برای تعیین H0 استفاده کنند و این روش مقداری در حدود 0.7 ± 67 km/s/Mpc برای ثابت هابل به دست می‌دهد اما اندازه نوارهای خطا و ضریب خطای محاسباتی موجود باعث می شود که این دو نتیجه با هم سازگار نباشند. با این حال باید توجه داشت که استفاده از مقدار بزرگتر برای محاسبه سن جهان چیزی حدود 12.5 میلیارد سال (با استفاده از پارامترهای کیهان شناسی استاندارد) به دست می دهد، اما قدیمی ترین اجرام در جهان بیش از 13 میلیارد سال سن دارند! این بدان معناست که این اختلاف به جای جوانتر کردن جهان، به فیزیک جدیدی اشاره می‌کند که پارامترهای استاندارد کیهان‌شناسی را تغییر می‌دهد.
دلیل اهمیت موضوع
ممکن است به نظر برسد که اختلاف یک میلیارد ساله محاسبات، یکپارچگی و اعتماد به موسسات علمی را تضعیف نماید و شاید این موضوع، شک و تردید موجود در مورد اعتبار کیهان شناسی مهبانگ را توجیه کند، با این حال هیچ یک از این نتیجه گیری ها درست نیست. این اختلاف نشان می‌دهد که توانایی ما برای اندازه‌گیری سن کیهان و اعتماد ما به این سن در طول 50 سال گذشته 10 برابر افزایش یافته است و همچنین در مورد ماده تاریک، انرژی تاریک، تورم و بسیاری چیزهای دیگر آموخته ایم که درک ما از منشاء و تاریخ جهان را بسیار بهبود می بخشد و این درک همچنان از تئوری کیهان‌شناسی انفجار بزرگ پشتیبانی می‌کند. دانشمندان با دقت هر یک از این دو نتیجه متناقض را آزمایش کرده‌اند و فکر می‌کنند که این نتایج، بینشی در مورد فیزیک جدید در خصوص پیری جهان به دست می‌دهند و دانشمندان این چشم انداز را هیجان انگیز می دانند.
پینوشت
Edwin Hubble, “A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae,” Proceedings of the National Academy of Sciences 15, no. 3 (March 15, 1929): 168–73, doi:10.1073/pnas.15.3.168.
A. Sandage and G. A. Tammann, “Steps toward the Hubble Constant. VII. Distances to NGC 2403, M101, and the Virgo Cluster Using 21 Centimeter Line Widths Compared with Optical Methods: The Global Value of H0,” Astrophysical Journal 210 (November 15, 1976): 7–24, doi:10.1086/154798.
G. de Vaucouleurs, “Five Crucial Tests of the Cosmic Distance Scale Using the Galaxy as Fundamental Standard,” Nature 299 (September 23, 1982): 303–7, doi:10.1038/299303a0.
Wendy L. Freedman et al., “Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant*,” Astrophysical Journal 553, no. 1 (May 20, 2001): 47–72, doi:10.1086/320638.
