جهان ما چقدر بزرگ است؟

جهان چقدر بزرگ است؟ این پرسش یکی از بنیادی‌ترین معماهای نجوم به شمار می‌رود. با بررسی دورترین نقطه‌ی قابل رصد از زمین (دورترین نقطه بر اساس سرعت نور) می‌توان قطر جهان را تخمین زد. به لطف فناوری‌های در حال تکامل، ستاره‌شناس‌ها می‌توانند زمان گذشته را تا لحظاتی پس از بیگ‌بنگ رصد کنند. شاید این مشاهده به این معنی باشد که کل کهکشان در میدان دید ما قرار دارد؛ اما ابعاد جهان به معیارهای مهمی مثل شکل و انبساط وابسته است. در نتیجه، با اینکه می‌توان ابعاد جهان را تخمین زد، دانشمندان نمی‌توانند رقمی قطعی را برای آن تعیین کنند.

در سال ۲۰۱۳، پروژه‌ی فضایی پلانک از آژانس فضایی اروپا، دقیق‌ترین و کامل‌ترین نقشه از جهان را منتشر کرد. این نقشه نشان داد که جهان ۱۳٫۸ میلیارد سال سن دارد. پلانک سن جهان را با مطالعه‌ی تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی تخمین زد. چارلز لارنس، دانشمند پروژه‌ی این مأموریت می‌گوید:

نور تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی مسافری از زمان‌ها و فاصله‌های دوردست است که وقتی به ما برسد داستان کل جهان را روایت می‌کند.

به دلیل ارتباط بین مسافت و سرعت نور، یافته‌ی فوق به این معنی است که دانشمندان می‌توانند به منطقه‌ای از فضا که در فاصله‌ی ۱۳٫۸ میلیارد سال نوری قرار گرفته، نگاه کنند. ستاره‌شناسان روی زمین درست مانند یک کشتی در یک اقیانوس خالی می‌توانند تلسکوپ‌های خود را در هر جهتی قرار داده و تا فاصله‌ی ۱۳٫۸ میلیارد سال نوری را بررسی کنند. به این صورت زمین درست در یک کره‌ی مرئی با شعاع ۱۳٫۸ میلیارد سال نوری قرار دارد. عبارت «مشاهده‌پذیر» کلمه‌ای کلیدی است؛ چرا که این کره آنچه را که دانشمندان می‌توانند ببینند محدود می‌کند.

با این‌حال گرچه کره‌ی مشاهده‌پذیر تقریبا دارای قطر ۲۸ میلیارد سال نوری است، جهان بزرگ‌تر از این‌ها است. می‌دانیم جهان در حال انبساط است؛ بنابراین با اینکه دانشمندان ممکن است نقطه‌ای را که در فاصله‌ی ۱۳٫۸ میلیارد سال نوری از زمین در زمان بیگ‌بنگ قرار گرفته ببینند، جهان کل عمر خود را مشغول انبساط بوده است.

اگر تورم کیهانی با سرعتی ثابت در عمر جهان رخ داده باشد، همان نقطه باید امروز ۴۶ میلیارد سال نوری با ما فاصله داشته باشد و به این ترتیب قطر جهان مرئی به ۹۲ میلیارد سال نوری برسد. این تخمین‌ها حتی در صورت فرضیه‌ی عدم انبساط جهان پیچیده‌تر می‌شوند.

پیدا کردن مرکز یک کره بر اساس موقعیت زمین در فضا شاید این طور به نظر برسد که انسان را در مرکزیت جهان قرار می‌دهیم. با این‌حال، مانند مثال کشتی در اقیانوس نمی‌توانیم بگوییم دقیقا در کدام نقطه از پهنای گسترده‌ی جهان قرار گرفته‌ایم؛ تنها به این دلیل که نمی‌توانیم لبه‌ی جهان را ببینیم به این معنی نیست که در مرکز جهان قرار داریم.

سارا ارجمند

مرکز واقعی جهان کجا است؟

مطالعه '12

دانشمندان جهان را به شیوه‌های متعددی اندازه‌گیری می‌کنند. برای مثال می‌توانند امواج جهان آغازین موسوم به نوسان‌های آکوستیکی باریونی را اندازه‌گیری کنند که تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی را انباشته می‌کنند. همچنین می‌توانند از شمع‌های استاندارد یا ابرنواخترهای نوع 1a برای اندازه‌گیری مسافت‌ها استفاده کنند.

چگونگی تغییر تورم هم خود یک راز است. در حالی که تخمین ۹۲ میلیارد سال نوری از فرضیه‌ی سرعت ثابت تورم می‌آید، بسیاری از دانشمندان تصور می‌کنند این سرعت رو به کاهش است. بر اساس توضیح ناسا در سال ۲۰۱۹، احتمالا رویدادهای انرژی تاریک بر انبساط جهان در لحظات پس از بیگ‌بنگ تأثیر گذاشته‌اند.

گروهی از دانشمندان به رهبری میهران واردانیان از دانشگاه آکسفورد، به جای استفاده از یک روش اندازه‌گیری، تحلیلی آماری از تمام نتایج را ارائه دادند. آن‌ها به جای اینکه بپرسند مدل چگونه با داده‌ها منطبق است، از میان‌گیری مدل بیزی استفاده کردند که متمرکز بر احتمال صحیح بودن یک مدل بر اساس داده‌های موجود است. بر اساس یافته‌ها جهان حداقل ۲۵۰ برابر بزرگ‌تر از جهان مشاهده‌پذیر است یا به بیانی دیگر قطر آن به ۷ تریلیون سال نوری می‌رسد.

اندازه‌ی جهان به شدت به شکل آن وابسته است. بر اساس پیش‌بینی‌های دانشمندان، احتمالا جهان دارای سه شکل احتمالی است: یک کره بسته، نامتناهی و دارای انحنای منفی شبیه به زین یا جهانی تخت و نامتناهی.

جهان متناهی دارای ابعاد متناهی و قابل اندازه‌گیری است که درباره‌ی جهان کروی محصور صدق می‌کند؛ اما جهان نامتناهی بر اساس تعریف ابعادی ندارد. به نقل از ناسا، دانشمندان می‌دانند جهان مسطح است و تنها ۰٫۴ درصد خطا دارد. این مسئله می‌تواند درک ما از بزرگی جهان را تغییر دهد. ناسا می‌گوید:

این فرضیه نشان می‌دهد که جهان تا حدی نامتناهی است؛ با این‌حال از آنجا که جهان دارای عمری متناهی است، شاهد ظرفیتی متناهی از جهان خواهیم بود. تنها نتیجه‌ای که می‌توان گرفت این است که جهان بسیار بزرگ‌تر از حجمی است که به صورت مستقیم می‌توان رصد کرد.

تعیین شکل جهان دراثر محدودیت‌های رصد، چالش‌های بیشتری را به دنبال دارد. درست مانند سالنی پر از آینده که به ظاهر بی‌انتها است، جهان هم می‌تواند ما را فریب دهد. کیهان در واقع می‌تواند متناهی باشد. این توهم نامتناهی بودن احتمالا از خمیدگی نور به دور فضا می‌آید که بیشتر از یک بار رخ می‌دهد و می‌تواند تصاویر متعددی از هر کهکشان را به وجود بیاورد.