گاه‌شماری کیهانی به چالش کشیده می‌شود: آیا کیهان از آنچه فکر می‌کنیم پیرتر است؟

جهانی - خبرگزاری اخباری

گاه‌شماری کیهانی به چالش کشیده می‌شود: آیا کیهان از آنچه فکر می‌کنیم پیرتر است؟

مسئله سن کیهان، سنگ بنای کیهان‌شناسی مدرن، در چارچوب ظریف متریک فریدمن-لومیتر-رابرتسون-واکر (FLRW) ریشه دارد. این مدل زیربنای درک ما از انبساط کیهانی است و به ما امکان می‌دهد طول عمر کیهان را محاسبه کنیم که در حال حاضر حدود ۱۳.۸ میلیارد سال تخمین زده می‌شود. با این حال، یک جایگزین جذاب، «نظریه زمان‌نما» (Timescape theory)، دیدگاهی کاملاً متفاوت را پیشنهاد می‌کند و نشان می‌دهد که سن واقعی کیهان ممکن است بسته به موقعیت ناظر متفاوت باشد و به طور بالقوه اساسی‌ترین فرضیات ما را در مورد زمان کیهانی به چالش می‌کشد.

متریک FLRW، سنگ بنای کیهان‌شناسی استاندارد، به دلیل سادگی و قدرت توضیحی آن مورد تحسین قرار گرفته است. این متریک بر دو فرض کلیدی استوار است: همگنی و همسانگردی. در مقیاس‌های کیهانی وسیع – میلیاردها سال نوری – فرض بر این است که کیهان به طور یکنواخت توزیع شده و از همه جهات و از هر نقطه دید یکسان به نظر می‌رسد. این کیهان «هموار» و در حال انبساط، با وجود پیچیدگی‌های ریاضی ذاتی خود، امکان کاربرد مستقیم نسبیت عام را فراهم می‌کند. این فرضیات خودسرانه نیستند؛ آنها به طور گسترده‌ای توسط شواهد رصدی، به ویژه از بررسی‌های گسترده کهکشان‌ها و پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (CMB)، پشتیبانی می‌شوند.

در مرکز متریک FLRW مفهوم «زمان ویژه» قرار دارد که به عنوان ساعت جهانی ما عمل می‌کند و مدت زمان سپری شده از آغاز مهبانگ را نشان می‌دهد. برای اندازه‌گیری دقیق این سن کیهانی، باید به طور مؤثر خود را در چارچوبی مرجع قرار داد که در هماهنگی کامل با کیهان منبسط می‌شود. این نیاز به ظاهر انتزاعی عملاً از طریق اندازه‌گیری‌های دقیق CMB، تابش ضعیف باقیمانده از کیهان اولیه، که تقریباً ۳۸۰,۰۰۰ سال پس از مهبانگ منتشر شد، به دست می‌آید. با تحلیل تغییرات جزئی دما در نقشه CMB تمام آسمان، دانشمندان می‌توانند حرکت محلی ما را تشخیص داده و کسر کنند، و بدین ترتیب یک چارچوب سکون کیهانی ایجاد کنند که از آن می‌توان سن کیهان را با اطمینان محاسبه کرد.

با وجود موفقیت متریک FLRW، فرض اساسی آن مبنی بر کیهانی کاملاً هموار در مقیاس‌های بزرگ با یک مانع مفهومی روبرو است: کیهان بی‌شک «پرتکاپو» است. این کیهان با خوشه‌های کهکشانی وسیع، رشته‌ها و فضاهای خالی بسیار بزرگ و نسبتاً خالی ساختار یافته است. این اختلاف ظاهری نقطه شروع «نظریه زمان‌نما» است که توسط کیهان‌شناس دیوید ویلتشایر، پژوهشگر سابق گروه استیون هاوکینگ در دانشگاه کمبریج، توسعه یافته است. ویلتشایر استدلال می‌کند که تفاوت‌های قابل توجه در چگالی ماده بین مناطق متراکم و فضاهای خالی، به طور اساسی میانگین‌گیری یکنواخت ذاتی در متریک FLRW را بی‌اعتبار می‌کند.

پیشنهاد رادیکال ویلتشایر این است که خود زمان به طور یکنواخت در سراسر کیهان جریان ندارد. او استدلال می‌کند که زمان در فضاهای کیهانی کم‌چگالی به طور قابل اندازه‌گیری سریع‌تر از محیط‌های غنی از گرانش کهکشان‌ها و خوشه‌ها می‌گذرد. اگر این فرضیه درست باشد، تخمین‌های استاندارد ما از سن کیهانی، که از یک کیهان هموار و میانگین‌گیری شده فضایی به دست آمده‌اند، ذاتاً اشتباه خواهند بود. نتیجه می‌تواند کیهانی باشد که سن آن بسته به موقعیت ناظر به طور چشمگیری متفاوت است – به عنوان مثال، یک ناظر در داخل یک کهکشان ممکن است سنی معادل ۱۴.۲ میلیارد سال را اندازه‌گیری کند، در حالی که کسی که در یک فضای خالی زندگی می‌کند ممکن است سنی بیش از ۱۸ میلیارد سال را درک کند.

علاوه بر بازنگری در سن کیهان، نظریه زمان‌نما همچنین توضیحی جایگزین برای انرژی تاریک ارائه می‌دهد، نیروی مرموزی که اعتقاد بر این است که انبساط شتاب‌دار کیهان را هدایت می‌کند. ویلتشایر پیشنهاد می‌کند که این شتاب مشاهده شده ممکن است به دلیل یک نیروی بنیادی جدید نباشد، بلکه صرفاً محصولی از نحوه میانگین‌گیری ما از ویژگی‌های کیهانی باشد. با در نظر گرفتن ابتدا اثرات گرانشی ساختارهای کیهانی («توده‌ها») و سپس میانگین‌گیری، جریان دیفرانسیلی زمان می‌تواند به اندازه‌ای قابل توجه باشد که شتاب ظاهری را بدون توسل به انرژی تاریک توضیح دهد.

با این حال، نظریه زمان‌نما با چالش‌های قابل توجهی در جامعه علمی گسترده‌تر روبرو است. کیهان‌شناسی استاندارد ناهمواری کیهانی را به رسمیت می‌شناسد اما استدلال می‌کند که اثرات آن بر متریک‌های جهانی ناچیز است. در مقیاس‌هایی که متریک FLRW اعمال می‌شود – صدها مگاپارسک – کیهان در واقع از نظر آماری همگن است. اثرات اتساع زمان در فضاهای خالی محلی، اگرچه از نظر نظری وجود دارند، اما به طور فوق‌العاده کوچک، کمتر از یک صدم درصد، محاسبه می‌شوند که آنها را برای تعیین کلی سن بی‌اهمیت می‌سازد. منتقدان همچنین خاطرنشان می‌کنند که کاربرد نسبیت عام توسط نظریه زمان‌نما اغلب نتایج ناسازگار یا مبهمی به همراه دارد و فاقد قدرت پیش‌بینی و تطابق رصدی مدل استاندارد است.

یک تأیید حیاتی برای متریک FLRW از ادغام موفق آن در شبیه‌سازی‌های کیهان‌شناسی حاصل می‌شود. این مدل‌های محاسباتی پیچیده، که شکل‌گیری و تکامل ساختارهای بزرگ مقیاس را، از کیهان اولیه تا به امروز، ردیابی می‌کنند، به طور مداوم توزیع‌های کهکشانی و شبکه‌های کیهانی را تولید می‌کنند که به طرز چشمگیری با داده‌های رصدی مطابقت دارند. این توافق قوی به شدت نشان می‌دهد که مدل کیهان‌شناسی استاندارد، با وجود فرضیات ساده‌سازی خود، کیهان را در بزرگترین مقیاس‌های خود به دقت توصیف می‌کند. نظریه زمان‌نما، اگرچه تامل‌برانگیز است، اما هنوز نتوانسته پشتیبانی تجربی مشابهی به دست آورد یا توانایی خود را در بازتولید ساختارهای کیهانی مشاهده شده با دقت قابل مقایسه نشان دهد. در حال حاضر، متریک FLRW چارچوب قابل اعتماد برای ترسیم گاه‌شمار بزرگ کیهان باقی می‌ماند.

خبرگزاری اخباری