نگاهی به اتفاقات عجیب جهان؛ زمان در برخی مناطق جهان کندتر می‌گذرد

شاید نیروی مرموزی که به‌عنوان انرژی تاریک شناخته می‌شود و عامل شتاب‌دهنده انبساط جهان فرض شده است، اصلاً وجود نداشته باشد. حقیقت ممکن است پیچیده‌تر باشد؛ حباب‌هایی در فضا که زمان در آن‌ها با نرخ‌های کاملا متفاوت جریان دارد.

نسبیت زمان و کیهان‌شناسی

گذر زمان، همان‌طور که درک می‌کنیم، همیشه ثابت نیست. در مناطقی که گرانش قوی‌تر است، زمان کندتر از مناطقی که گرانش ضعیف‌تری دارند، می‌گذرد. این پدیده که به‌خوبی در نظریه نسبیت عام توضیح داده شده است، می‌تواند پیامدهای عمیقی بر نحوه اندازه‌گیری نرخ انبساط کیهانی داشته باشد. بر اساس یک مدل جدید به نام کیهان‌شناسی تایم‌اسکیپ (Timescape Cosmology)، این اثر می‌تواند نقش کلیدی در درک ما از انبساط جهان ایفا کند.

تفاوت در نرخ گذر زمان در مناطق مختلف جهان می‌تواند در مقیاس میلیاردها سال تأثیرگذار باشد و به برخی از این مناطق زمان بیشتری برای انبساط بدهد. مشاهده اجرام دوردست از میان این حباب‌های زمانی می‌تواند این توهم را ایجاد کند که انبساط جهان با شتاب در حال وقوع است.

شواهد علمی و بررسی مدل تایم‌اسکیپ

دو مطالعه جدید که بیش از ۱۵۰۰ ابرنواختر را مورد بررسی قرار داده‌اند، نشان می‌دهند که مدل تایم‌اسکیپ ممکن است از نظر تطابق با داده‌های مشاهداتی، عملکرد بهتری نسبت به مدل استاندارد کنونی کیهان‌شناسی داشته باشد.

مدل استاندارد کیهان‌شناسی: موفق اما ناقص

مدل استاندارد کیهان‌شناسی (ΛCDM) توانسته است بسیاری از جنبه‌های جهان را توضیح دهد، اما این موفقیت تا حد زیادی به “ساده‌سازی‌های ریاضی” وابسته بوده است. به‌عنوان مثال، برای توضیح اثرات گرانشی مشاهده‌شده، مفهومی به نام “ماده تاریک” فرض شده که هنوز وجود آن اثبات نشده است. همچنین، برای توضیح نیرویی که باعث شتاب‌گیری انبساط جهان می‌شود، مفهوم دیگری به نام “انرژی تاریک” معرفی شده است.

این مدل فرض می‌کند که جهان یکنواخت است و در تمام نقاط با سرعتی ثابت منبسط می‌شود. اما واقعیت این است که جهان ما از نظر ساختار به‌شدت ناهمگن است؛ شبکه‌ای کیهانی عظیم که از رشته‌هایی از کهکشان‌ها تشکیل شده و میان آن‌ها حفره‌هایی با خلأ تقریبا کامل وجود دارد.

کیهان‌شناسی تایم‌اسکیپ: دیدگاهی جدید

مدل تایم‌اسکیپ این “ناهمواری” کیهانی را در نظر می‌گیرد. مناطقی که چگالی ماده بیشتری دارند، گرانش قوی‌تری را تجربه می‌کنند و بنابراین زمان در آن‌ها کندتر می‌گذرد. برای مثال، یک ساعت اتمی در یک کهکشان می‌تواند تا یک‌سوم کندتر از ساعت مشابهی در مرکز یک حفره کیهانی کار کند.

وقتی این تفاوت در زمان در مقیاس میلیاردها سال اندازه‌گیری شود، نتیجه می‌گیرد که زمان در حفره‌های خالی بیشتر از مناطق پرماده سپری شده است. این امر به این معناست که انبساط کیهانی در این حفره‌ها بیشتر رخ داده و مشاهده اجرام در سمت دیگر یک حفره می‌تواند این توهم را ایجاد کند که آن اجرام با سرعت بیشتری از ما دور می‌شوند.

به گفته دیوید ویلتشر، فیزیکدان دانشگاه کانتربری، “انرژی تاریک در واقع تفسیر اشتباهی از تغییرات انرژی جنبشی انبساط است که در یک جهان ناهمگون، یکنواخت نیست.” این یافته‌ها می‌تواند درک ما از ماهیت بنیادی جهان را به‌طور قابل‌توجهی تغییر دهد.

مدل تایم‌اسکیپ: بازنگری در انبساط کیهانی و مفهوم انرژی تاریک

زمانی که تفاوت در سرعت گذر زمان را در طول عمر عظیم جهان در نظر بگیریم، می‌بینیم که در حفره‌های کیهانی، میلیاردها سال بیشتر از مناطق پرماده سپری شده است. این موضوع پیامدی شگفت‌انگیز دارد؛ دیگر منطقی نیست که بگوییم جهان یک سن یکپارچه و ثابت به اندازه ۱۳.۸ میلیارد سال دارد. در عوض، سن جهان در مناطق مختلف می‌تواند متفاوت باشد.

به دلیل گذر زمان بیشتر در حفره‌ها، انبساط کیهانی در این مناطق نیز بیشتر رخ داده است. بنابراین، مشاهده یک جرم در سمت دیگر یک حفره کیهانی می‌تواند این تصور را ایجاد کند که آن جرم با سرعت بسیار بیشتری از ما دور می‌شود. به مرور زمان، این حفره‌ها نسبت بیشتری از جهان را به خود اختصاص می‌دهند و توهمی از انبساط شتاب‌دار جهان ایجاد می‌کنند، بدون نیاز به فرض وجود انرژی تاریک.

شواهد تجربی و تحقیقات جدید

سال ۲۰۱۷، ستاره‌شناسان دانشگاه کانتربری نیوزیلند، مدل تایم‌اسکیپ را با داده‌های موجود مقایسه کردند و دریافتند که این مدل، در توضیح انبساط کیهانی اندکی بهتر از مدل استاندارد ΛCDM عمل می‌کند. با این حال، برای رسیدن به نتیجه‌گیری قطعی، داده‌های بیشتری مورد نیاز بود.

در مطالعات جدید، تیمی از دانشگاه کانتربری و دانشگاه هایدلبرگ آلمان، داده‌های بیشتری را گردآوری و تحلیل کرده‌اند. این داده‌ها شامل کاتالوگی از ۱۵۳۵ ابرنواختر نوع Ia بود. این ابرنواخترها به دلیل درخشندگی پیش‌بینی‌پذیرشان، به‌عنوان “شمع‌های استاندارد” شناخته می‌شوند و تغییرات در نور آن‌ها اطلاعاتی دقیق درباره فاصله، سرعت و جهت حرکت اجرام فراهم می‌کند.

این بار، ستاره‌شناسان می‌گویند شواهدی بسیار قوی به نفع مدل تایم‌اسکیپ در مقایسه با ΛCDM یافته‌اند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که ممکن است نیاز به بازنگری در بنیان‌های کیهان‌شناسی مدرن وجود داشته باشد.

دیوید ویلتشر، فیزیکدان دانشگاه کانتربری، توضیح می‌دهد: انرژی تاریک در واقع شناسایی اشتباهی از تغییرات انرژی جنبشی انبساط است که در یک جهان ناهماهنگ و تکه‌تکه به‌طور یکنواخت توزیع نشده است.

وی همچنین اضافه می‌کند: این تحقیقات شواهدی قانع‌کننده ارائه می‌کند که ممکن است برخی از مهم‌ترین سوالات پیرامون ویژگی‌های انبساط کیهانی را حل کند. با داده‌های جدید، این احتمال وجود دارد که تا پایان این دهه، بزرگ‌ترین معمای جهان حل شود.

این یافته‌ها، چشم‌اندازی جدید برای درک ما از ماهیت انبساط کیهانی و احتمال رد مفاهیمی همچون انرژی تاریک فراهم می‌آورند.