انبساط جهان، درک فاصله کیهانی را بسیار کمتر از صرفاً اندازهگیری مدت زمان سفر نور، شهودی میکند.
جهان در حال انبساط تعریف فاصله را دشوارتر میکند، زیرا فضا در حالی که نور در حال عبور است، به رشد خود ادامه میدهد. اجرام همچنان نور ساطع میکنند، اما با حرکت آن نور به سمت ما، میانگین جدایی بین کهکشانها افزایش مییابد (بله، میدانم که گاهی اوقات کهکشانها میتوانند با هم برخورد کنند، اما ما در اینجا در مورد میانگین و در مقیاسهای بزرگ صحبت میکنیم).
هنگامی که نور یک کهکشان دوردست پس از میلیاردها سال سفر بالاخره به تلسکوپ میرسد، کهکشان را همانطور که در گذشته وجود داشته است، نشان میدهد. این نور مستقیماً به ما نمیگوید که کهکشان در حال حاضر چقدر دور است. برای تخمین فاصله فعلی آن، ستارهشناسان از یک مدل کیهانشناسی استفاده میکنند که میزان انبساط جهان را در طول سفر نور در نظر میگیرد.
مدل پیشرو با نام LCDM شناخته میشود که شامل هر دو ماده تاریک (dark matter) و انرژی تاریک (dark energy) است. نقاط قوت و محدودیتهای آن قابل بحث است، اما مدلهای جایگزین معمولاً تصویر اساسی را چندان تغییر نمیدهند.
انبساط، جهان قابل مشاهده را گسترش میدهد
حداکثر فاصلهای که میتوانیم ببینیم، که سن جهان (۱۳.۷۷ میلیارد سال) است، با انبساط کیهان در تمام این مدت، حدود ۴۵ میلیارد سال نوری فاصله دارد. این فاصله به افق ذرات (particle horizon)، افق کیهانشناختی (cosmological horizon) یا افق همحرکت (comoving horizon) معروف است، بسته به اینکه در آن لحظه چقدر احساس شیک بودن میکنید. این گستره حباب قابل مشاهده ما، حداکثر گسترهای است که در این لحظه، امروز، میتوانیم ببینیم.
اما صبر کنید، آیا ۴۵ بزرگتر از ۱۳.۷۷ نیست؟ آیا این به این معنی نیست که جهان سریعتر از نور منبسط میشود؟ بله، همینطور است.
این موضوع مهمی نیست. زیرا محدودیت سرعت نور فقط برای مشاهدات محلی اعمال میشود – من هرگز یک موشک را نمیبینم که سریعتر از نور از کنارم عبور کند. اگر فکر میکنید این نوعی تقلب است، اینطور نیست؛ این نحوه ساختار نسبیت خاص (special relativity) است. اجرام در دورترین نقطه جهان میتوانند هر سرعتی را که میخواهند داشته باشند، زیرا آنها دور هستند.
انتقال به سرخ، عقبنشینی کیهانی سریعتر را آشکار میکند
در واقع، ما میتوانیم سرعت فعلی هر جسم را محاسبه کنیم، و این از طریق انتقال به سرخ (redshift) است. اگر یک کهکشان از ما دور میشود، نور آن به قسمتهای قرمزتر طیف الکترومغناطیسی منتقل میشود. اینگونه بود که ادوین هابل (Edwin Hubble) برای اولین بار انبساط جهان را کشف کرد. و در یک جهان در حال انبساط، اجرام دورتر سریعتر و سریعتر عقبنشینی میکنند، زیرا فضای بیشتری بین آنها و ما برای انبساط وجود دارد.
و نقطه عطف، جایی که اجرام سریعتر از نور از ما دور میشوند، درست در فاصله هابل (Hubble distance)، یعنی ۱۳.۷۷ میلیارد سال نوری است.
افق دومی نور آینده را محدود میکند
ما هنوز میتوانیم این کهکشانها را مشاهده کنیم، زیرا نوری که به ما میرسد میلیاردها سال پیش، زمانی که آنها بسیار نزدیکتر بودند، سفر خود را آغاز کرده است. برخی از کهکشانهای حتی دورتر نیز ممکن است به همین دلیل با گذشت زمان قابل مشاهده شوند. با این حال، مرزی به نام افق رویداد کیهانی (cosmological event horizon) وجود دارد (که کمی با افق رویداد سیاهچاله (black hole) متفاوت است). این مرز در حدود ۱۷ میلیارد سال نوری قرار دارد. نوری که در حال حاضر از فراتر از آن فاصله ساطع میشود، هرگز به ما نخواهد رسید، مهم نیست چقدر صبر کنیم.
انبساط شتابدار جهان، که توسط انرژی تاریک (dark energy) هدایت میشود، این محدودیت را حتی مهمتر میکند. افق رویداد کیهانی به انبساط خود ادامه خواهد داد و در نهایت در حدود ۶۰ میلیارد سال نوری تثبیت میشود. حتی در آن زمان، ما قادر به دیدن همه چیز نخواهیم بود. نور از دورترین کهکشانها به طول موجهای بسیار شدید منتقل به سرخ (redshift) میشود که عملاً آن کهکشانها ناپدید خواهند شد. تقریباً در ۱۰۰ میلیارد سال آینده، هر کهکشان فراتر از گروه محلی (Local Group) برای همیشه از دید ناپدید خواهد شد.
برگرفته از مقالهای که ابتدا در The Conversation منتشر شد.