2019-06-10 21:13:02
انرژی تاریک
قسمت اول
قسمت دوم: چرا جهان به انرژی تاریک نیاز دارد؟
در قسمت قبل دیدیم که چگونه نظریه نسبیت عام اینشتین تعادل کیهانی بین انبساط جهان و مقاومت در برابر این انبساط توسط گرانش ماده درون جهان را در اولین معادله از معادلات فریدمن توصیف میکند. همچنین مشخص شد که انبساط برنده این کشمکش کیهانی (بین انبساط و گرانش) است؛ حتی با وجود اینکه هنوز انرژی تاریک را وارد کار نکردهایم. این یعنی جهان برای متوقف کردن انبساط، به اندازه کافی چگال نیست؛ بیگ کرانچی در کار نخواهد بود و جهان برای همیشه منبسط خواهد شد.
برای آزمودن این پیشبینی، دو اندازهگیری مستقل و معتبر وجود دارد. در این قسمت به یکی از این دو اندازهگیری میپردازیم.
هندسه کیهان
مطمئن هستیم که طرف چپ اولین معادله فریدمن، یعنی مجموع جملات انبساط (²(ȧ/a)) و چگالی (8πGρ/3−) یکدیگر را خنثی نمیکنند و برابر صفر نمیشوند، بلکه مجموع آنها مثبت میشود. بنابراین طرف راست معادله (یعنی عبارت kc²/a²−) نیز باید مثبت باشد؛ زیرا علامت مساوی بین آن دو قرار دارد.
اما طرف راست معادله چیز متفاوتی را توصیف میکند: انحنای فضا. پارامتر k در این عبارت، خمیدگی فضایی (spatial curvature) را نشان میدهد. خمیدگی “فضایی” زیرا “فضا-زمان” در هر صورت خمیده خواهد بود اما هندسه فضایی جهان در هر لحظه از زمان، میتواند خمیده یا تخت باشد و چندان هم پیچیده نیست: k میتواند یکی از مقادیر 1+، 1− و یا 0 را داشته باشد.
اگر k=+1 باشد، یعنی جهان هندسه فضاییای با خمیدگی مثبت دارد. تصویر فضایی جهان در هر لحظه از زمان، به شکل سطح یک کره خمیده خواهد بود (تصویر شماره 1). هندسه در چنین جهانی عجیب است؛ مجموع زوایای داخلی هر مثلثی بیشتر از °180، محیط هر دایرهای کمتر از 2πr و مساحت هر دایره بیشتر از πr² خواهد بود. به چنین جهانی، “جهان بسته” گفته میشود.
اگر k=−1 باشد، جهان ورژن سه بعدی از یک صفحه هایپربولیک خواهد بود (تصویر شماره 2). مجموع زوایای داخلی هر مثلثی کمتر از °180، محیط هر دایرهای بیشتر از 2πr و مساحت هر دایره کمتر از πr² خواهد بود. به چنین جهانی، “جهان باز” گفته میشود.
و k=0 به معنای یک جهان تخت است. اما به هیچ وجه شکل جهان را مانند یک صفحه کاغذ دو بعدی تخت فرض نکنید. واژهی “تخت” در اینجا فقط به معنای خمیدگی فضایی صفر در هر لحظه از زمان است.
در قسمت اول طرف چپ معادله را بررسی کردیم و دیدیم که مقدار آن بیشتر از صفر (مثبت) محاسبه شد. اکنون برای اینکه تساوی رعایت شود، طرف راست معادله نیز باید مثبت باشد و این به معنای k=−1 و یک جهان باز هایپربولیک است. اکنون میتوانیم با مشاهده هندسه جهان مشخص کنیم آیا محاسبه طرف چپ معادله را درست انجام دادهایم یا خیر. اگر مجموع زوایای داخلی یک مثلث بسیار بزرگ، کمتر از °180 اندازهگیری شود، یعنی جهان هایپربولیک است و k=−1 میباشد که این باعث میشود طرف راست معادله مثبت شود و با طرف چپ که پیشتر آن را مثبت محاسبه کرده بودیم، همخوانی داشته باشد. این اندازهگیری از روی پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) انجام شد و مشخص شد که مجموع زوایای داخلی یک مثلث در مقیاس کیهانی، برابر °180 است؛ که این یعنی جهان تخت، طرف راست معادله صفر و محاسبه ما در مورد طرف چپ معادله غلط بوده است!
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
1.2K views18:13