[FONT=tahoma,Vazir,helvetica,sans-serif]در این مقاله هرمان بوندی ستاره شناس و فیزیکدان نظری برجسته ، شواهد انبساط جهان را ارائه می کند ؛شواهدی که اساسا ً بر انتقال به طرف قرمز مشاهده شده در مورد کهکشانهای دوردست بستگی دارند. [FONT=tahoma,Vazir,helvetica,sans-serif]
انبساط جهان ، احتما ً برجسته ترین نمود آن است . در این باره شواهد ما چقدر دقیق و چقدر مدلّل هستند؟ در شکل-1 تصویری آورده ایم که برخی از این شواهد را به طور شگفت آوری نشان می دهد. یک دسته عکس از کهکشانها در ستون چپ نشان داده شده است . این عکسها همگی با یک تلسکوپ و با استفاده از یک بزرگنمایی برداشته شده اند . در سمت راست، طیف کهکشانها را می بینیم ، امّا ببینیم طیف چیست؟ می دانیم که نور سفید ترکیبی از تمامی رنگهاست و آن را می توان با روشهایی آسان به رنگهای تشکیل دهندهاش تجزیه کرد ؛ رنگین کمان نمونه ای است آشنا . یکی از وسایلی که می توان بدین منظور به کار برد منشور شیشه ای یا ساخته شده از مواد مناسب دیگر است ؛ با آن می توانیم رنگهای مختلف تشکیل دهندۀ نور خورشید را از هم تفکیک کنیم . اگر منشوری استفاده شود که نور خورشید را به خوبی به رنگ های تشکیل دهنده اش تجزیه کند ؛ در این صورت خواهیم دید که رنگها به صورت نوار های صاف دیده نمی شود و در جاهای مختلفی از آن ، در تمام طول طیف ، خطهای تاریکی وجود دارد. منشأ این خطوط نسبتا ً پیچیده است. در اساس ، وجود این خطوط به سبب آن است که تابش خورشید از درون گازهای نسبتا ً سرد جوّ خورشید گذر می کند و به علّت این که این گازها در مقابل رنگهای ویژه ای کدر هستند ، بنابر این سبب به وجود آمدن این بخشهای تاریک در طیف می شوند. اختر شناسان می توانند با استفاده از طیفنگارهای پرتوان ، نور رسیده از ستارگان منفرد یا کهکشانهای منفرد را تجزیه کنند. طبیعتاً ، به خاطر اینکه از کهکشانهای خیلی دور ، نور کمی به ما می رسد ، همچنین به خاطر برخی دلایل فنّی تر، طیف اینگونه کهکشانها ، به وضوح طیف مثلاً خورشید نخواهد بود ، امّا حتّی در طیف این کهکشانهای دوردست نیز خطوط کاملا ً برجستۀ تاریک مشاهده شده است . پدیدۀ قابل ملاحظه ای که نزدیک 40 سال قبل کشف شد این است که این خطوط درجایی نیستند که باید باشند، بلکه تغییر مکان داده اند و انتقال یافته اند. این انتقال همیشه به طرف ناحیه قرمز طیف است و در تصویر طیفها در شکل- 1 نشان داده شده است. می توان در یافت که هرچه کهکشان کم نورتر و کوچکتر به نظر برسد ، انتقال به طرف قرمز نیز بزرگتر است. این توصیف کامل نتایجی است که از مشاهدۀ مستقیم به دست آمده است. میان انتقال به طرف قرمز مشاهده شده در طیف و روشنایی ظاهری کهکشان رابطه ای وجود دارد ؛ بدین ترتیب ، هر چه کهکشان کم نورتر باشد ، انتقال قرمز بزرگتر است . حال به تبیین این پدیده می پردازیم.
در مورد نور نیز حالتی بسیار مشابه روی می دهد، ولی در مورد نور، افزایش تن به منزلۀ انتقال به طرف بنفش و کاهش آن به منزلۀ انتقال به طرف قرمز در طیف است. همچنین این تفاوت نیز وجود دارد که به جای سرعت 330 متر بر ثانیه در مورد صوت، با سرعت بسیار بزرگ 300,000 کیلومتر بر ثانیه سروکار داریم. بنابر این، انتقال به طرف قرمز، نشان دهندۀ سرعت گریز منبع نور است؛ سرعتی که نسبت آن با بزرگی مقدار انتقال به طرف قرمز؛ یعنی با تغییر طول موج تقسیم بر طول موج مشخص می شود. سرعتهایی که بدین ترتیب از انتقال به طرف قرمز مشاهده می شده استنتاج شده اند در گوشۀ سمت راست شکل-1 نشان داده شده اند. بدین ترتیب ، تا آنجاکه دانش زمینی فیزیک دلالت می کند ، این سرعت گریز تنها علت انتقال به طرف قرمز می تواند باشد. امّا دربارۀ ویژگی دیگر تصویر، یعنی ویژگی عکسهای سمت چپ که در آنها به موازات کم سویی نور کهکشان با کاهش اندازه روبرو هستیم چه می توان گفت؟ همه می دانیم که جسمی با روشنایی معلوم ، در فاصله دورتر، کم نور به نظر می رسد. در اخترشناسی چیز های خیلی کمی وجود دارد که بتواند ما را چنین در آورد فاصۀ کهکشانهای دوردست یاری دهد. بدین ترتیب ، اگر تفسیر ما این باشد که کم سویی کهکشانها نشانگر دوردست بودن آنها و انتقال به طرف قرمز در طیف نشانگر سرعت گریز کهکشانها است ، آنگاه در خواهیم یافت که سرعت گریز متناسب با فاصلۀ جسم از ماست.
باید مجدّداً بر یکنواختی سیستم جهان تأکید کنیم. البته بر اساس این فرضیّات ما در موقیّیتی استثنایی نیستیم ، بلکه در موقعیّتی نمونه وار از آن هستیم. اگر از هر کهکشان دیگری نیز ناظر این صحنه باشیم جهان به همین ترتیب به نظر خواهد رسید و ساکنان احتمالی این کهکشانها نیز همان اثرات و همان رابطۀ انتقال به طرف قرمز-روشنایی را تجربه خواهند کرد. گرچه در این زمینه، هیچ کسی در بارۀ هیچ چیزی نمی تواند مطمئن باشد، امّا می بینینم که بحثهای مختلفی وجود دارند و همگی به این نتیجه می رسند که انتقال به طرف قرمز در واقع نشان دهندۀ سرعتهای گریز متناسب با فاصلۀ اجرام آسمانی هستند. اگر فاصلۀ هرکهکشان را بر سرعت گریز آن تقسیم کنیم ، بدون توجه به این که چه کهکشانی را انتخاب کرده باشیم، همیشه یک عدد را به دست می آوریم. این نتیجه از نسبت سرعت به فاصله ناشی می شود. این عدد از نظر بُعد ، از جنس زمان است ، زمانی که بر طبق آخرین برآوردها در حدود ده هزار میلیون سال به دست آمده است. به هر طریق ، زمان ، زمان مشخّصۀ جهان است.
[FONT=tahoma,Vazir,helvetica,sans-serif]مأخذ:
Herman Bondi, Relativity and Common Sense; A New Approach to Einstein
انبساط جهان ، احتما ً برجسته ترین نمود آن است . در این باره شواهد ما چقدر دقیق و چقدر مدلّل هستند؟ در شکل-1 تصویری آورده ایم که برخی از این شواهد را به طور شگفت آوری نشان می دهد. یک دسته عکس از کهکشانها در ستون چپ نشان داده شده است . این عکسها همگی با یک تلسکوپ و با استفاده از یک بزرگنمایی برداشته شده اند . در سمت راست، طیف کهکشانها را می بینیم ، امّا ببینیم طیف چیست؟ می دانیم که نور سفید ترکیبی از تمامی رنگهاست و آن را می توان با روشهایی آسان به رنگهای تشکیل دهندهاش تجزیه کرد ؛ رنگین کمان نمونه ای است آشنا . یکی از وسایلی که می توان بدین منظور به کار برد منشور شیشه ای یا ساخته شده از مواد مناسب دیگر است ؛ با آن می توانیم رنگهای مختلف تشکیل دهندۀ نور خورشید را از هم تفکیک کنیم . اگر منشوری استفاده شود که نور خورشید را به خوبی به رنگ های تشکیل دهنده اش تجزیه کند ؛ در این صورت خواهیم دید که رنگها به صورت نوار های صاف دیده نمی شود و در جاهای مختلفی از آن ، در تمام طول طیف ، خطهای تاریکی وجود دارد. منشأ این خطوط نسبتا ً پیچیده است. در اساس ، وجود این خطوط به سبب آن است که تابش خورشید از درون گازهای نسبتا ً سرد جوّ خورشید گذر می کند و به علّت این که این گازها در مقابل رنگهای ویژه ای کدر هستند ، بنابر این سبب به وجود آمدن این بخشهای تاریک در طیف می شوند. اختر شناسان می توانند با استفاده از طیفنگارهای پرتوان ، نور رسیده از ستارگان منفرد یا کهکشانهای منفرد را تجزیه کنند. طبیعتاً ، به خاطر اینکه از کهکشانهای خیلی دور ، نور کمی به ما می رسد ، همچنین به خاطر برخی دلایل فنّی تر، طیف اینگونه کهکشانها ، به وضوح طیف مثلاً خورشید نخواهد بود ، امّا حتّی در طیف این کهکشانهای دوردست نیز خطوط کاملا ً برجستۀ تاریک مشاهده شده است . پدیدۀ قابل ملاحظه ای که نزدیک 40 سال قبل کشف شد این است که این خطوط درجایی نیستند که باید باشند، بلکه تغییر مکان داده اند و انتقال یافته اند. این انتقال همیشه به طرف ناحیه قرمز طیف است و در تصویر طیفها در شکل- 1 نشان داده شده است. می توان در یافت که هرچه کهکشان کم نورتر و کوچکتر به نظر برسد ، انتقال به طرف قرمز نیز بزرگتر است. این توصیف کامل نتایجی است که از مشاهدۀ مستقیم به دست آمده است. میان انتقال به طرف قرمز مشاهده شده در طیف و روشنایی ظاهری کهکشان رابطه ای وجود دارد ؛ بدین ترتیب ، هر چه کهکشان کم نورتر باشد ، انتقال قرمز بزرگتر است . حال به تبیین این پدیده می پردازیم.
[FONT=tahoma,Vazir,helvetica,sans-serif]انتقال به طرف قرمز
[FONT=tahoma,Vazir,helvetica,sans-serif]نخست انتقال به طرف قرمز چه تفسیری می تواند داشته باشد؟ در چه شرایطی دیگری انتقال به طرف قرمز مشاهده شده است؟ جواب این است که انتقال به طرف قرمز به علّتی نسبتا ً بی اهمیت ، همیشه یک سرعت گریز را نشان می دهد. این پدیده گرچه در مورد نور نا آشنا می نماید ، ولی در مورد صوت به خوبی شناخته شده است. اگر قطاری سوت آن با اُفت قابل ملاحظه ای به گوشتان می رسد. فهم علّت این پدیده دشوار نیست. سوت قطار ، صوت تولید می کند و صوت ارتعاشی از هواست که در آن ماکزیممها و مینیممهای فشار به صورتی دوره ای به دنبال هم می آیند، این ارتعاشها به طرف گوشهای شما حرکت می کنند و به صورت تکانی های ععصبی به آگاهی شما می رسند. وقتی قطار در حال نزدیک شدن به شماست، هر ماکزیمم فشار پی در پی ، برای رسیدن به گوشتان فاصلۀ زمانی بین رسیدن ماکزیممهای فشار از فاصلۀ زمانی بین انتشار آنها کمتر خواهد شد. در این صورت می گوییم که تن صدا بالا می رود . بر عکس وقتی که قطار در حال دور شدن از شماست هر ماکزیمم فشار پی در پی ، برای رسیدن به گوش شما فاصلۀ زیادتری در پیش دارد، و بنابراین ، ماکزیممهای فشار در فاصله زمانی بیشتری نسبت به فاصله های زمانی انتشار به گوش شما می رسد. بدین سبب، تن صدا پایین می آید. مقدار بالا رفتن یا پایین آمدن تن صدا (زیر یا بم شدن آن) به نسبت سرعت صوت ، که 330 متر بر ثانیه است بستگی دارد.
در مورد نور نیز حالتی بسیار مشابه روی می دهد، ولی در مورد نور، افزایش تن به منزلۀ انتقال به طرف بنفش و کاهش آن به منزلۀ انتقال به طرف قرمز در طیف است. همچنین این تفاوت نیز وجود دارد که به جای سرعت 330 متر بر ثانیه در مورد صوت، با سرعت بسیار بزرگ 300,000 کیلومتر بر ثانیه سروکار داریم. بنابر این، انتقال به طرف قرمز، نشان دهندۀ سرعت گریز منبع نور است؛ سرعتی که نسبت آن با بزرگی مقدار انتقال به طرف قرمز؛ یعنی با تغییر طول موج تقسیم بر طول موج مشخص می شود. سرعتهایی که بدین ترتیب از انتقال به طرف قرمز مشاهده می شده استنتاج شده اند در گوشۀ سمت راست شکل-1 نشان داده شده اند. بدین ترتیب ، تا آنجاکه دانش زمینی فیزیک دلالت می کند ، این سرعت گریز تنها علت انتقال به طرف قرمز می تواند باشد. امّا دربارۀ ویژگی دیگر تصویر، یعنی ویژگی عکسهای سمت چپ که در آنها به موازات کم سویی نور کهکشان با کاهش اندازه روبرو هستیم چه می توان گفت؟ همه می دانیم که جسمی با روشنایی معلوم ، در فاصله دورتر، کم نور به نظر می رسد. در اخترشناسی چیز های خیلی کمی وجود دارد که بتواند ما را چنین در آورد فاصۀ کهکشانهای دوردست یاری دهد. بدین ترتیب ، اگر تفسیر ما این باشد که کم سویی کهکشانها نشانگر دوردست بودن آنها و انتقال به طرف قرمز در طیف نشانگر سرعت گریز کهکشانها است ، آنگاه در خواهیم یافت که سرعت گریز متناسب با فاصلۀ جسم از ماست.
[FONT=tahoma,Vazir,helvetica,sans-serif]سرعت گریز ستارگان
[FONT=tahoma,Vazir,helvetica,sans-serif]طبق آنچه در بالا آمد ، توانستیم «قانون سرعت-فاصله» را از روی رابطۀ انتقال به طرف قرمز-روشنایی استنتاج کنیم. زمان درازای فیزیکدانان و اختر شناسان ازین سرعتهای بسیار زیادِ گریز در اظطراب بودند. بحث آنها این بود که شالودۀ تمام تفسیر هایمان بر دانش محّلی ما از فیزیک استوار است امکان دارد که اثرات ناشناخته ای در اعماق جهان رُخ دهند و تصویر دریافتی ما را تحریف کند. امروز ما دربارۀ این گونه مباحثات شکیبایی کمتری داریم. زیرا برای انبساط جهان تنها به مشاهدۀ طیف استناد نمی کنیم. ما همچنین یکنواختی قابل ملاحظه ای در جهان ملاحظه می کنیم، اگر فواصل کاملاً دوردست را بنگریم این یکنواختی را در تمام جهان در می یابیم . بنابراین اگر فرض کنیم که جهان به راستی در یک مقیاس بزرگ، یکنواخت است، می توانیم این پرسش ریاضی را مطرح کنیم که: جهان چگونه می تواند حرکت کند و در عین حال یکنواختی خود را حفظ کند؟ پاسخ آن است که جهان تنها می تواند به طریقی حرکت کند که سرعت هر جسم در خط دید و متناسب با فاصله آن باشد. این تنها نوع حرکتی است که می تواند یکنواختی جهان را ابقاء کند. بنابراین ، دوباره به این نتیجه می رسیم که انبساطی با سرعت گریز متناسب بافاصله ، نتیجۀ طبیعی فرض یکنواختی جهان است که مبتنی بر مشاهده است. به علاوه ؛ اگر کوشش کنیم که نظریه ای در بارۀ جهان پدید آوریم، به هر طریقی که این کار را انجام داده باشیم ، همیشه به این پاسخ می رسیم که جهان در حال حرکت است ، حرکت اجرامی که سرعتشان متناسب با فاصلۀ آنها از ماست.
باید مجدّداً بر یکنواختی سیستم جهان تأکید کنیم. البته بر اساس این فرضیّات ما در موقیّیتی استثنایی نیستیم ، بلکه در موقعیّتی نمونه وار از آن هستیم. اگر از هر کهکشان دیگری نیز ناظر این صحنه باشیم جهان به همین ترتیب به نظر خواهد رسید و ساکنان احتمالی این کهکشانها نیز همان اثرات و همان رابطۀ انتقال به طرف قرمز-روشنایی را تجربه خواهند کرد. گرچه در این زمینه، هیچ کسی در بارۀ هیچ چیزی نمی تواند مطمئن باشد، امّا می بینینم که بحثهای مختلفی وجود دارند و همگی به این نتیجه می رسند که انتقال به طرف قرمز در واقع نشان دهندۀ سرعتهای گریز متناسب با فاصلۀ اجرام آسمانی هستند. اگر فاصلۀ هرکهکشان را بر سرعت گریز آن تقسیم کنیم ، بدون توجه به این که چه کهکشانی را انتخاب کرده باشیم، همیشه یک عدد را به دست می آوریم. این نتیجه از نسبت سرعت به فاصله ناشی می شود. این عدد از نظر بُعد ، از جنس زمان است ، زمانی که بر طبق آخرین برآوردها در حدود ده هزار میلیون سال به دست آمده است. به هر طریق ، زمان ، زمان مشخّصۀ جهان است.
[FONT=tahoma,Vazir,helvetica,sans-serif]مأخذ:
Herman Bondi, Relativity and Common Sense; A New Approach to Einstein