شواهد تجربی انبساط فضا
ارسال شده: سهشنبه ۱۳۹۹/۱۰/۳۰ - ۲۰:۵۲
دوستان سلام، چند تا سوال در مبحث کیهانشناسی برام مطرح هست لطفا راهنمایی کنید:
1 - چه شواهد تجربی وجود دارد مبنی بر اینکه فضا واقعا منبسط می شود؟ چرا و طبق چه مشاهداتی ما دورشدن کهکشان ها و خوشه های کهکشانی را به انبساط فضای میان آن ها نسبت می دهیم. البته می دانم که به دلایل تاریخی، لومتر و هابل مشاهده کردند که تعداد زیادی از کهکشان ها از ما دور می شوند و تعداد بسیار کمی نیز به ما نزدیک می شوند. بنابراین، طبق ملاحظات آماری گفته شد که احتمال اینکه به صورت طبیعی، چنین اتفاقی روی دهد ناچیز است، بنابراین از این پدیده به انبساط عالم تعبیر شد. با این حال، مسلما می دانیم که امکان اینکه این حرکت (دور شدن کهکشان ها)، واقعی باشد، صفر نیست (هر چند موجب تناقض با نسبیت خاص می شود و البته همسانگرد بودن این پدیده نیز مشکل ساز می شود). مثلا می دانید که در ابتدای مطرح شدن ایده انبساط فضا، بر سر منشاء آن اختلاف نظر وجود داشت. زوئیکی، اعتقادی به منبسط شدن فضا نداشت و انتقال به سرخ کهکشان ها را به پدیده خستگی نور نسبت می داد (که البته این نظریه بعدها کنار گذاشته شد) و البته مدل میلن که بدون انبساط فضا بود (و بعد از مدتی کنار گذاشته شد). از نسبیت خاص می دانیم که هیچ جرمی نمی تواند با سرعت نور یا فراتر از آن حرکت کند. همچنین از نسبیت عام می دانیم که فضا، منفعل نیست، بلکه می تواند نقش فعالی داشته باشد و منبسط و منقبض شود. از طرفی، طبق قانون هابل، پیشبینی می شود که کهکشان هایی وجود دارند که با سرعت نور یا سرعت فراتر از نور از ما دور می شوند. در نتیجه، اگر پدیده انبساط فضا را نپذیریم و انتقال به سرخ کهکشان ها را صرفا ناشی از حرکت واقعی آن ها در نظر بگیریم، با نسبیت خاص به تناقض بر می خوریم و البته پیشبینی های نسبیت عام را مبنی بر منعطف بودن فضا نیز نادیده گرفته ایم. اما سوال اینجاست که آیا این ادعا (انبساط فضا) صرفا یک پیشبینی نظری غیر قابل آزمودن (تجربی) است که به عنوان تائیدی برای پیشبینی های نسبیت عام (منعطف بودن فضا) و البته برای حفظ نسبیت خاص (جلوگیری از تناقض حرکت فرانوری کهکشان های دوردست) مطرح شده است؟ بحث من این است که اصلا انبساط فضا به لحاظ عملی، امکان آزمودن دارد؟ چطور می شود انبساط فضا را آزمود در حالیکه به فضای میان کهکشان ها دسترسی نداریم؟ از کجا می توانیم مطمئن باشیم که حرکت مذکور ذاتی نیست؟ آیا تنها دلایل ما همسانگردی این فرار کهکشان ها و همچنین اصل کپرنیک و همچنین احتمال پائین طبیعی بودن حرکت کهکشان هاست و البته پرهیز از حرکت های فرانوری اجرام است؟ آیا نمی توان منشاء انبساط را پدیده ای دیگر دانست؟ ویکیپدیا در این مورد نوشته است:
"انبساط متریک جهان را میتوان توسط مشاهدات مستقیم اصل کیهان شناختی و اصل کوپرنیکی نمایش داد که وقتی با قانون هابل در کنار هم قرار بگیرند هیچ توضیح دیگری جز انبساط جهان قابل تصور نیست. انتقال به سرخهای نجومی بسیار همگن و همسانگرد هستند و این موضوع تأییدکننده اصل کیهان شناختی است که میگوید جهان در تمام جهتها یکسان به نظر میرسد. اگر انتقال به سرخها ناشی از انفجار از یک مرکز انفجار در نقطهای دور از ما بودند، در جهات مختلف یکسان نبودند."
این منطقی به نظر می رسد و البته درست است که ایده انبساط فضا کاملا سازگار است، ولی آیا نباید این فرضیه به صورت تجربی نیز آزموده شود؟ منظورم این است که ما چه شواهد تجربی قابل قبولی برای این موضوع داریم که فضای میان خوشه های کهکشانی واقعا منبسط می شود؟ البته انتقال به سرخ کهکشان ها را به انتقال به سرخ گرانشی نسبت می دهیم. اما از کجا این اطمینان حاصل می شود که این انتقال به سرخ، دوپلری نیست و ناشی از فرار از چاه گرانشی عالم گذشته است؟ در عالمی که به دلیل وسعت آن، تنها دسترسی ما فوتون های نور است و امکان آزمودن غیر اپتیکی پدیده ها وجود ندارد، انتقال به سرخ گرانشی را چگونه می توان از انتقال به سرخ دوپلری متمایز کرد؟
2 –اگر پدیده تورم کیهانی را نادیده بگیریم، در چارچوب مدل استاندارد کیهانشناسی، آیا انبساط عالم در دوران پس از مهبانگ، با سرعتی فراتر از نور بوده است؟ در غیر اینصورت، آیا این موضوع که ابعاد کنونی عالم، از افق قابل مشاهده کنونی ما بزرگتر است نمی تواند شاهدی بر پدیده تورم باشد؟ آنچه ما از انبساط تورمی عالم می گوییم فقط مربوط به عالم قابل مشاهده است یا کل عالم؟ آیا اگر تورم کیهانی نبود، بازهم کل عالم فراتر از عالم قابل مشاهده کنونی بود؟
ممنون.
1 - چه شواهد تجربی وجود دارد مبنی بر اینکه فضا واقعا منبسط می شود؟ چرا و طبق چه مشاهداتی ما دورشدن کهکشان ها و خوشه های کهکشانی را به انبساط فضای میان آن ها نسبت می دهیم. البته می دانم که به دلایل تاریخی، لومتر و هابل مشاهده کردند که تعداد زیادی از کهکشان ها از ما دور می شوند و تعداد بسیار کمی نیز به ما نزدیک می شوند. بنابراین، طبق ملاحظات آماری گفته شد که احتمال اینکه به صورت طبیعی، چنین اتفاقی روی دهد ناچیز است، بنابراین از این پدیده به انبساط عالم تعبیر شد. با این حال، مسلما می دانیم که امکان اینکه این حرکت (دور شدن کهکشان ها)، واقعی باشد، صفر نیست (هر چند موجب تناقض با نسبیت خاص می شود و البته همسانگرد بودن این پدیده نیز مشکل ساز می شود). مثلا می دانید که در ابتدای مطرح شدن ایده انبساط فضا، بر سر منشاء آن اختلاف نظر وجود داشت. زوئیکی، اعتقادی به منبسط شدن فضا نداشت و انتقال به سرخ کهکشان ها را به پدیده خستگی نور نسبت می داد (که البته این نظریه بعدها کنار گذاشته شد) و البته مدل میلن که بدون انبساط فضا بود (و بعد از مدتی کنار گذاشته شد). از نسبیت خاص می دانیم که هیچ جرمی نمی تواند با سرعت نور یا فراتر از آن حرکت کند. همچنین از نسبیت عام می دانیم که فضا، منفعل نیست، بلکه می تواند نقش فعالی داشته باشد و منبسط و منقبض شود. از طرفی، طبق قانون هابل، پیشبینی می شود که کهکشان هایی وجود دارند که با سرعت نور یا سرعت فراتر از نور از ما دور می شوند. در نتیجه، اگر پدیده انبساط فضا را نپذیریم و انتقال به سرخ کهکشان ها را صرفا ناشی از حرکت واقعی آن ها در نظر بگیریم، با نسبیت خاص به تناقض بر می خوریم و البته پیشبینی های نسبیت عام را مبنی بر منعطف بودن فضا نیز نادیده گرفته ایم. اما سوال اینجاست که آیا این ادعا (انبساط فضا) صرفا یک پیشبینی نظری غیر قابل آزمودن (تجربی) است که به عنوان تائیدی برای پیشبینی های نسبیت عام (منعطف بودن فضا) و البته برای حفظ نسبیت خاص (جلوگیری از تناقض حرکت فرانوری کهکشان های دوردست) مطرح شده است؟ بحث من این است که اصلا انبساط فضا به لحاظ عملی، امکان آزمودن دارد؟ چطور می شود انبساط فضا را آزمود در حالیکه به فضای میان کهکشان ها دسترسی نداریم؟ از کجا می توانیم مطمئن باشیم که حرکت مذکور ذاتی نیست؟ آیا تنها دلایل ما همسانگردی این فرار کهکشان ها و همچنین اصل کپرنیک و همچنین احتمال پائین طبیعی بودن حرکت کهکشان هاست و البته پرهیز از حرکت های فرانوری اجرام است؟ آیا نمی توان منشاء انبساط را پدیده ای دیگر دانست؟ ویکیپدیا در این مورد نوشته است:
"انبساط متریک جهان را میتوان توسط مشاهدات مستقیم اصل کیهان شناختی و اصل کوپرنیکی نمایش داد که وقتی با قانون هابل در کنار هم قرار بگیرند هیچ توضیح دیگری جز انبساط جهان قابل تصور نیست. انتقال به سرخهای نجومی بسیار همگن و همسانگرد هستند و این موضوع تأییدکننده اصل کیهان شناختی است که میگوید جهان در تمام جهتها یکسان به نظر میرسد. اگر انتقال به سرخها ناشی از انفجار از یک مرکز انفجار در نقطهای دور از ما بودند، در جهات مختلف یکسان نبودند."
این منطقی به نظر می رسد و البته درست است که ایده انبساط فضا کاملا سازگار است، ولی آیا نباید این فرضیه به صورت تجربی نیز آزموده شود؟ منظورم این است که ما چه شواهد تجربی قابل قبولی برای این موضوع داریم که فضای میان خوشه های کهکشانی واقعا منبسط می شود؟ البته انتقال به سرخ کهکشان ها را به انتقال به سرخ گرانشی نسبت می دهیم. اما از کجا این اطمینان حاصل می شود که این انتقال به سرخ، دوپلری نیست و ناشی از فرار از چاه گرانشی عالم گذشته است؟ در عالمی که به دلیل وسعت آن، تنها دسترسی ما فوتون های نور است و امکان آزمودن غیر اپتیکی پدیده ها وجود ندارد، انتقال به سرخ گرانشی را چگونه می توان از انتقال به سرخ دوپلری متمایز کرد؟
2 –اگر پدیده تورم کیهانی را نادیده بگیریم، در چارچوب مدل استاندارد کیهانشناسی، آیا انبساط عالم در دوران پس از مهبانگ، با سرعتی فراتر از نور بوده است؟ در غیر اینصورت، آیا این موضوع که ابعاد کنونی عالم، از افق قابل مشاهده کنونی ما بزرگتر است نمی تواند شاهدی بر پدیده تورم باشد؟ آنچه ما از انبساط تورمی عالم می گوییم فقط مربوط به عالم قابل مشاهده است یا کل عالم؟ آیا اگر تورم کیهانی نبود، بازهم کل عالم فراتر از عالم قابل مشاهده کنونی بود؟
ممنون.