جهان چگونه بدون نقض قوانین فیزیک، سریعتر از نور منبسط میشود؟
زومیت: شاید باور نکنید، اما جهان ما با سرعتی بیشتر از سرعت نور در حال انبساط است و این با نظریه نسبیت انیشتین منافاتی ندارد.
وقتی به آسمان شب نگاه می کنیم، در واقع در حال سفر به گذشته در زمان هستیم. نوری که از یک کهکشان دور به تلسکوپ ما می رسد میلیاردها سال پیش سفر خود را آغاز کرد. اما این سؤال پیش میآید: اگر نور با سرعت محدودی حرکت کند، چگونه میتوانیم کهکشانهایی را در فاصله بیش از 13.7 میلیارد سال نوری از ما ببینیم؟ پاسخ در یک پدیده کیهانی شگفت انگیز نهفته است: گسترش خود فضا.
درک فاصله در جهان در حال گسترش کار آسانی نیست. تصور کنید نوری از یک کهکشان دور به سمت ما می آید. در طول این سفر میلیاردها ساله، خود فضا نیز بزرگتر می شود. بنابراین مسافت طی شده توسط نور با فاصله فعلی آن کهکشان متفاوت است. زمانی که نور ساطع شد کهکشان به ما بسیار نزدیکتر بود.
به عنوان مثال، نوری که امروزه از یک کهکشان بسیار دور به ما می رسد، ممکن است سفر خود را 13 میلیارد سال پیش آغاز کرده باشد. در آن زمان، آن کهکشان شاید تنها چند میلیارد سال نوری از ما فاصله داشت. اما در طول این 13 میلیارد سال، فضا به قدری گسترش یافته که اکنون همان کهکشان بیش از 40 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد. به همین دلیل، برای محاسبه فاصله واقعی، ستاره شناسان از مدل های کیهانی مانند مدل استاندارد LCDM (شامل ماده و انرژی تاریک) استفاده می کنند که انبساط فضا در طول زمان را محاسبه می کند.
حداکثر فاصله ای که می توانیم ببینیم، یعنی افق ذرات، حدود 45 میلیارد سال نوری است. این عدد بسیار بزرگتر از 13.7 میلیارد سال (عمر کیهان) است. این بدان معناست که نور کهکشانهایی که امروزه در لبه کیهان قابل مشاهده هستند، بیش از 13 میلیارد سال سفر کرده است، اما در این مدت، خود فضا آنقدر گسترش یافته است که اکنون بسیار دورتر شدهاند.
این پدیده به این معنی است که کهکشان های بسیار دور با سرعتی بیشتر از نور از ما دور می شوند. اما این قانون انیشتین را نقض نمی کند، زیرا محدودیت سرعت نور فقط برای حرکت اجسام در فضا اعمال می شود، نه برای گسترش خود فضا. به عبارت ساده تر، این خود فضا است که در حال گسترش است و کهکشان ها را با خود می برد، نه خود کهکشان ها با سرعت نور در فضا حرکت می کنند.
نکته کلیدی: اگر دو کهکشان در طرف مقابل جهان سریعتر از نور از هم دور شوند، هیچ ناظری نمی بیند کهکشان دیگر سریعتر از نور حرکت می کند، زیرا این انبساط فضا است، نه حرکت در فضا.
در کیهانشناسی، ما با دو نوع «افق» مواجه میشویم که درک ما را از جهان قابل مشاهده محدود میکند:
افق ذرات (یا افق کیهانی): مرز قابل مشاهده فعلی ما. کهکشان های این محدوده نوری را ساطع کرده اند که در طول تاریخ کیهان به ما رسیده است. این افق در حال حاضر حدود 45 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد. به عبارت دیگر، ما نمی توانیم هیچ رویدادی را که فراتر از این مرز اتفاق افتاده است ببینیم زیرا نور آن به ما نرسیده است. با گذشت زمان و پیر شدن جهان، این افق نیز بزرگتر می شود و کهکشان های جدید وارد میدان دید ما می شوند.
افق رویداد کیهانی: این مرزی است که نوری که امروز از آن خارج می شود هرگز به ما نخواهد رسید. دلیل این امر انبساط سریع جهان ناشی از انرژی تاریک است. این افق حدود 17 میلیارد سال نوری است. کهکشان های فراتر از این نقطه برای همیشه از دید ما پنهان خواهند ماند، حتی اگر برای همیشه منتظر باشیم. به عبارت دیگر، این کهکشان ها سریعتر از نور از ما دور می شوند و نور آنها هرگز به ما نمی رسد.
تفاوت اصلی: افق ذرات به ما میگوید چه چیزی را میتوانیم ببینیم، در حالی که افق رویداد کیهانی به ما میگوید آنچه را هرگز نخواهیم دید، حتی اگر برای همیشه منتظر بمانیم.
چگونه می توانیم سرعت عقب نشینی کهکشان ها را اندازه گیری کنیم؟ پاسخ در پدیده انتقال به قرمز نهفته است. وقتی نور از یک منبع متحرک به سمت ما می آید، اگر منبع از ما دور شود، طول موج نور کشیده شده و به سمت انتهای قرمز طیف الکترومغناطیسی منتقل می شود. این دقیقاً همان روشی بود که ادوین هابل برای کشف انبساط کیهان در سال 1929 استفاده کرد. هر چه کهکشان دورتر باشد، جابهجایی به سرخ آن بیشتر میشود، به این معنی که سریعتر از ما دور میشود.
نقطه عطف، جایی که اجسام سریعتر از نور از ما دور می شوند، دقیقاً 13.77 میلیارد سال نوری از هابل فاصله دارد. کهکشانهای فراتر از این فاصله سریعتر از نور از ما دور میشوند، اما ما هنوز هم میتوانیم آنها را ببینیم زیرا نوری که به ما میرسد میلیاردها سال پیش سفر خود را آغاز کرد، زمانی که آن کهکشانها بسیار نزدیکتر بودند.
گسترش شتابان جهان آینده جالب و تا حدودی غم انگیزی را ایجاد می کند. اگر چه افق رویداد کیهانی تا حدود 60 میلیارد سال نوری گسترش خواهد یافت، اما بسیاری از کهکشان ها به دلیل انتقال شدید به سرخشان از دید ما ناپدید خواهند شد. نور آنها به قدری به رنگ قرمز تغییر می کند که عملاً غیرقابل تشخیص می شود و در نهایت از طیف مرئی ناپدید می شود.
در حدود 100 میلیارد سال، تمام کهکشان های خارج از گروه محلی (گروه کهکشان هایی که راه شیری و آندرومدا را شامل می شود) برای همیشه از آسمان شب ناپدید می شوند. این بدان معناست که رصدگران کیهانی در آن زمان، جهان بسیار ساکتتر و تاریکتری را خواهند دید، جایی که تنها کهکشانهای باقیمانده در گروه محلی قابل مشاهده هستند. این دیدگاه نشان دهنده سرنوشت نهایی جهان ما و محدودیت های ذاتی رصد کیهان است.
