کیهان‌شناسان با مشاهده‌ی سرخ‌گرایی در بینابِ گسیلی کهکشان‌ها، چنین نتیجه گرفتند که فضازمان در حالِ انبساط بوده و به همین دلیل کهکشان‌هایی که در دلِ فضازمان جای گرفته‌اند نیز در حالِ دور‌شدن از یک‌دیگر هستند. هم‌چنین میزانِ این سرخ‌گرایی برای کهکشان‌های دورتر، بیش‌تر است. کیهان‌شناسان از این مشاهده نیز چنین برداشت کردند که انبساطِ کیهان به صورتِ شتاب‌دار است. اما یک کیهان‌شناس به تازگی چنین پیش‌نهاد کرده که شاید جرمِ متغیرِ ذرات بتواند سرخ‌گراییِ دیده‌شده در بینابِ کهکشان‌های دوردست را توضیح داده و روشن کند که چرا چنین به نظر می‌رسد که کهکشان‌های دوردست به صورتِ شتاب‌دار از ما دور می‌شوند.

کیهان با انفجاری زاییده شد و تاکنون در حالِ انبساط بوده است. این نمایی رایج است که برای نزدیک به یک قرن، تصویری از کیهانِ پیرامون ما ارایه کرده است. اما یکی از کیهان‌شناسان به تازگی تفسیری اساساً متفاوت از روی‌دادهای پیرامونِ ما معرفی کرده که در آن، کیهان به هیچ روی در حالِ انبساط نبوده و نیست.

کریستوف وِت‌ریچ (Christof Wetterich) فیزیک‌دانی نظری از دانش‌گاهِ هیدل‌برگ در آلمان، در مقاله‌ای که در سروِرِ پیش‌ازچاپِ arXiv منتشر کرده، کیهان‌شناختیِ متفاوتی را ابداع کرده که در آن، کیهان در حالِ انبساط نیست، اما جرمِ همه‌چیز پیوسته در حالِ افزایش است. چنین تفسیری می‌تواند فیزیک‌دانان را در درکِ بهترِ مطالبِ دشواری هم‌چون تکینگیِ شناخته‌شده‌ی مه‌بانگ، یاری کند.

اگرچه هنوز زمان لازم است تا این مقاله به دقت بازبینی شود، اما هیچ‌یک از فیزیک‌دانانِ متخصص در این زمینه که با مجله‌ی Nature در تماس بوده‌اند اشتباهِ آشکاری در این ایده ندیده و آن را رد نکرده‌اند، حتی برخی پی‌گیریِ این ایده را کاری ارزشمند توصیف کردند. هانگ‌شِنگ زائو (Hongsheng Zhao) کیهانشناسی از دانش‌گاهِ سنت اندروزِ انگلستان می‌گوید: «پژوهش و کاوش درباره‌ی این تفسیرِ جای‌گزین، کاری جذاب است. روی‌کردِ موشکافانه‌ی شخصی که این ایده را پرورده برای سرگرم‌کردنِ یک فیزیک‌دان، کافی به نظر می‌رسد».

مدلِ رایج در کیهان‌شناختیِ امروز آن است که بیش‌ترِ کهکشان‌ها در حالِ دورشدن از یک‌دیگرند، چون خودِ فضازمان هم‌چون سطحِ یک بالون در حالِ متورم‌شدن است. این دیدگاه می‌تواند توضیح دهد که چرا از دیدِ ناظرانِ قرارگرفته در کهکشانِ ما چنین به نظر می‌رسد که همه‌ی کهکشان‌ها در بینابِ گسیلیِ خود دچارِ سرخ‌گرایی شده‌اند. اما یک کیهان‌شناس به تازگی تفسیری متفاوت از سرخ‌گرایی ارایه کرده است (TAKE 27 LTD/SPL).

پرتوهای نوری که توسطِ اتم‌های تشکیل‌دهنده‌ی ستارگان و اجرامِ آسمانی، درآشامیده (جذب) و یا گسیل شده و به ناظرانِ روی زمین می‌رسد، بسامدهای (یا به طورِ هم‌ارز رنگ‌های) ویژه و مشخصه‌ای دارند که به ویژگی‌های آن جرم مربوط می‌شوند. ستاره‌شناسان با بررسیِ این پرتوها درمی‌یابند که آیا این اجرام، از زمین دور یا به آن نزدیک می‌شوند. هرگاه جسمی از ما دور شود بسامدِ نورِ درآشامی یا گسیلیِ آن به سوی بخشِ قرمزرنگِ بیناب جابه‌جا می‌شود، یعنی بسامدِ آن کاهش می‌یابد. این پدیده (سرخ‌گرایی) درست مانند حالتی‌ست که ما صدای آژیرِ آمبولانسی که به سرعت از کنارِ ما رد می‌شود را بَم‌تر (با بسامدِ کم‌تر) می‌شنویم.

در دهه‌ی 1920 ستاره‌شناسان از جمله ژرژ لمایتر (Georges Lemaître) و ادوین هابل (Edwin Hubble) دریافتند که چنین سرخ‌گرایی‌ای در بینابِ بیش‌ترِ کهکشان‌ها مشاهده می‌شود. نکته‌ی شگفت آن‌که میزانِ این سرخ‌گرایی برای کهکشان‌های دورتر، بیش‌تر بود. بر پایه‌ی همین یافته‌ها بود که فیزیک‌دانان چنین نتیجه گرفتند که کیهان باید در حالِ انبساط باشد.

رد گم‌کردن

اما همان‌گونه که Wetterich نیز اشاره می‌کند، بسامدِ نورِ مشخصه‌ای که از اتم‌ها گسیل می‌شود به جرمِ ذراتِ بنیادیِ سازنده‌ی آن‌ها، به ویژه الکترون‌های موجود در ساختارِ اتم‌ها نیز بستگی دارد. اگر جرمِ یک اتم افزایش یابد، فوتون‌هایی که گسیل می‌کند نیز پرانرژی‌تر خواهد بود و از آن‌جا که انرژی‌های بالاتر هم‌ارزِ بسامدهای بالا‌تر است، بسامدِ نورهای درآشامی یا گسیلی توسطِ این اتم نیز به سوی بخشِ آبی‌رنگِ بیناب جابه‌جا خواهد شد. برعکس، اگر ذرات رفته‌رفته سبک‌تر شوند، بسامدها نیز به سوی بخشِ قرمزِ بیناب جابه‌جا می‌شوند.

چون سرعتِ نور متناهی‌ست هنگامی که به کهکشان‌های دوردست نگاه می‌کنیم، گویی در زمان به گذشته سفر کرده و کهکشان‌ها را چنان می‌بینیم که در لحظه‌ی گسیلِ پرتوی دریافتیِ ما بوده‌اند. اگر در آن‌هنگام جرمِ ذرات کم‌تر بوده و پس از آن به صورتِ پیوسته افزایش یافته باشد، بنابراین چنین به نظر می‌رسد که رنگِ کهکشان‌های پیرتر، نسبت به رنگ‌ها و بسامدهای کنونی دچارِ سرخ‌گرایی شده و میزانِ این سرخ‌گرایی نیز، متناسب با فاصله‌ی این کهکشان‌ها از زمین خواهد بود. وجودِ این سرخ‌گرایی چنین القا می‌کند که کهکشان‌ها در حالِ دورشدن از ما هستند، حتی اگر چنین نباشد.

این تفسیرِ تازه، گزینه‌ی دیگری برای توجیهِ سرخ‌گرایی به دست می‌دهد. کارکردن بر روی محاسباتِ ریاضیِ مربوط به این تفسیر، کیهان‌شناختیِ کاملاً متفاوتی را به دست می‌دهد. در این کیهان‌شناختی، کیهان هم‌چنان در طولِ دوره‌ای کوتاه و محدود که «دوره‌ی تورم» نامیده می‌شود، به سرعت انبساط می‌یابد (یعنی انبساطِ کیهان در پایانِ این دوره، خاتمه می‌پذیرد). اما به گفته‌ی Wetterich ویژگیِ متفاوتِ این کیهان‌شناختی آن است که مه‌بانگ، که حالتِ کیهان پیش از آغازِ دوره‌ی تورم را توصیف می‌کند، دیگر «نقطه‌ی تکینی(تکینگی‌ای)» در بر ندارد که چگالیِ کیهان در آن بی‌نهایت باشد. بلکه دوره‌ی مه‌بانگ تا زمانِ گذشته‌ی بی‌نهایت دوردست، گسترش می‌یابد. بنابر این ساختار، کیهانِ کنونی می‌تواند ایستا و یا حتی در حالِ انقباض باشد.

کاملاً نظری

ممکن است این ایده موجه به نظر برسد، اما پذیرشِ آن ایرادِ بزرگی در پی خواهد داشت: این ایده را نمی‌توان آزمود. جرم از کمیت‌های ابعادی‌ست و آن را تنها می‌توان در مقایسه با چیزِ دیگری اندازه گرفت. جسمی که به عنوانِ استاندارد برای جرمِ یک‌کیلوگرم در نظر گرفته شده، در اداره‌ی بین‌المللیِ اوزان و سنجه‌ها (International Bureau of Weights and Measures) و در خزانه‌ای در نزدیکیِ پاریس نگه‌داری می‌شود. به عنوانِ نمونه، جرمِ هر جسمی بر روی کره‌ی زمین را بی‌درنگ می‌توان در مقایسه با این استاندارد، تعیین کرد. حال اگر جرمِ «همه‌چیز» از جمله استانداردِ کیلوگرم، به صورتِ متناسب در طولِ زمان، افزایش یافته باشد هیچ‌راهی برای آشکارکردنِ این تغییرات وجود ندارد.

اما از دیدگاهِ Wetterich پرداختن به این‌که این ایده‌ی تازه را نمی‌توان در بوته‌ی آزمایش قرار داد، منحرف‌شدن از موضوعِ اصلی‌ست. بنابه گفته‌ی وی، تفسیری که او ارایه کرده می‌تواند در اندیشیدن و پرداختن به مدل‌های کیهان‌شناختیِ متفاوت، سودمند باشد. درست همان‌گونه که فیزیک‌دانان تفسیرهای متفاوتی از مکانیکِ کوانتومی را به کار می‌گیرند که همگی دارای ریاضیاتی سازگار با یک‌دیگر هستند. به ویژه آن‌که Wetterich اشاره می‌کند که نبودِ تکینگیِ مربوط به مه‌بانگ، یکی از برتری‌های اصلیِ این ایده‌ی تازه است.

Wetterich برای پیروزی بر دیگران بر سرِ این تفسیرِ تازه، روزگارِ سختی پیشِ روی خود دارد. نیایش اَفشُردی (Niayesh Afshordi) اخترفیزیک‌دانی از موسسه‌ی پیرامون (Perimeter Institute) واقع در واترلوی کانادا چنین می‌گوید: «من اطمینان دارم که نمایی که این ایده‌ی تازه از کیهان به دست می‌دهد، چشم‌اندازی نوین است و برتری‌هایی نیز دارد. کیهان‌شناسان چنین می‌انگارند که جهان در حالِ انبساط است چون این دیدگاه، دردست‌رس‌ترین و آسان‌ترین تفسیر برای توجیهِ سرخ‌گراییِ کهکشان‌هاست».

برخی نیز بر این باورند که تفسیرِ Wetterich، از این‌که کیهان‌شناسان تنها به یک روشِ اندیشیدن خو بگیرند، جلوگیری خواهد کرد. همان‌گونه که آرجون بِرِرا (Arjun Berera) فیزیک‌دانی از دانش‌گاهِ ادینبورگِ انگلستان می‌گوید: «امروزه شاخه‌ی کیهان‌شناختی در حالِ هم‌گرایی برای رسیدن به یک مدلِ استاندارد (برای کیهان) است. محوریت چنین مدلی بر پایه‌ی مدلِ تورمی و مه‌بانگ خواهد بود. به همین دلیل پرداختن به چنین تفسیرهای نوینی بسیار مهم است، چون پیش از آن‌که خیالِ ما از رسیدن به یک مدلِ استانداردِ تمام و کمال آسوده شود، باید مطمئن شویم که آیا توصیف‌های دیگری برای کیهان وجود دارد که با همه‌ی نتایجِ رصدیِ شناخته‌شده سازگار باشد یا خیر».

منبع:
Cosmologist claims Universe may not be expanding

مرجع:
Wetterich, C. Preprint at http://arxiv.org/abs/1303.6878/ (2013).