گسترش جهان

گسترش جهان: چگونه جهان در حال انبساط است؟

یکی از هیجان‌انگیزترین و مهم‌ترین اکتشافات در علم فیزیک و کیهان‌شناسی این است که جهان در حال انبساط است. این مفهوم به ما می‌گوید که کهکشان‌های دوردست با سرعتی که توسط “قانون هابل” تعریف می‌شود، در حال دور شدن از ما هستند. در این مقاله، به زبان ساده و قابل فهم، به بررسی مفهوم انبساط جهان، قانون هابل و ارتباط آن با «مهبانگ» (Big Bang) می‌پردازیم. همچنین، با ارائه مثال‌های متنوع، درک بهتری از این موضوع به شما می‌دهیم و در پایان، سؤالاتی مطرح خواهیم کرد تا ذهن شما را به تفکر بیشتر وادار کند.

مفهوم گسترش جهان

جهان ما به‌طور مداوم در حال انبساط است، به این معنی که فاصله بین کهکشان‌ها به‌مرور زمان افزایش می‌یابد. این پدیده از طریق مشاهدات نجومی و تحلیل‌های علمی به اثبات رسیده است. زمانی که به دورترین کهکشان‌ها نگاه می‌کنیم، متوجه می‌شویم که این کهکشان‌ها با سرعت‌های زیاد در حال دور شدن از ما هستند. اما نکته مهم این است که این انبساط تنها در فاصله بین کهکشان‌ها رخ می‌دهد، نه در ساختار داخلی خود کهکشان‌ها یا منظومه‌های شمسی.

چرا این موضوع مهم است؟

انبساط جهان به ما اطلاعات مهمی درباره تاریخچه و سرنوشت جهان می‌دهد. با دانستن این‌که جهان در حال گسترش است، می‌توانیم به عقب برگردیم و بفهمیم که جهان در گذشته چگال‌تر و فشرده‌تر بوده است. این ما را به نظریه مهم «مهبانگ» می‌رساند، که در ادامه توضیح خواهیم داد.

قانون هابل (Hubble’s Law)

یکی از مهم‌ترین کشفیات در زمینه انبساط جهان، «قانون هابل» است. در سال ۱۹۲۹، «ادوین هابل» (Edwin Hubble)، اخترشناس مشهور، مشاهده کرد که کهکشان‌های دوردست با سرعتی متناسب با فاصله‌شان از ما در حال دور شدن هستند. این کشف به ایجاد فرمول زیر منجر شد که به «قانون هابل» معروف است:

$v = H \times r$

در این فرمول:

$v$ سرعت دور شدن کهکشان (به کیلومتر بر ثانیه)
$H$ ثابت هابل (Hubble constant)
$r$ فاصله کهکشان از ما (به مگاپارسک)

ثابت هابل چیست؟

ثابت هابل ( $H$ ) مقداری است که نشان می‌دهد کهکشان‌ها با چه سرعتی نسبت به فاصله‌شان از ما در حال حرکت هستند. مقدار کنونی این ثابت حدود $H = 71.0 \, \text{km/s} \cdot \text{Mpc}$ یا $21.8 \, \text{mm/s} \cdot \text{ly}$ است. این مقدار نشان می‌دهد که برای هر مگاپارسک فاصله، کهکشان‌ها با سرعت 71 کیلومتر بر ثانیه از ما دور می‌شوند.

رابطه انبساط جهان با مهبانگ

نتیجه منطقی انبساط جهان این است که جهان در گذشته بسیار کوچک‌تر و متراکم‌تر بوده است. از این رو، دانشمندان معتقدند که جهان حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش از یک نقطه بسیار چگال و داغ آغاز شده است. این رویداد آغازین به «مهبانگ» (Big Bang) معروف است. پس از مهبانگ، جهان شروع به انبساط کرد و همچنان نیز در حال انبساط است.

پس‌زمینه‌ی مایکروویو کیهانی

شاهد مهم دیگری که از نظریه مهبانگ پشتیبانی می‌کند، «پرتوهای پس‌زمینه مایکروویو کیهانی» (Cosmic Microwave Background Radiation) است. این پرتوها نشان‌دهنده بقایای اولین نورهایی هستند که پس از مهبانگ منتشر شده‌اند و امروز به صورت امواج مایکروویو در سراسر جهان وجود دارند. این پرتوها در تمام نقاط آسمان به صورت یکنواخت دیده می‌شوند و یکی از مهم‌ترین شواهد برای تأیید نظریه مهبانگ هستند.

مثال‌هایی برای درک بهتر انبساط جهان

برای درک بهتر این مفاهیم، اجازه دهید چند مثال ملموس ارائه دهیم:

مثال ۱: بادکنک در حال انبساط

یکی از مثال‌های ساده برای درک انبساط جهان، بادکنکی است که در حال باد شدن است. فرض کنید چند نقطه روی سطح بادکنک بکشید که نمایانگر کهکشان‌ها باشند. با باد شدن بادکنک، این نقاط از هم دورتر می‌شوند. به همین شکل، کهکشان‌ها نیز در جهان ما از یکدیگر فاصله می‌گیرند. اما توجه داشته باشید که انبساط جهان تنها بر فواصل بین کهکشان‌ها تأثیر می‌گذارد و ساختار داخلی کهکشان‌ها یا سیارات تغییری نمی‌کند.

مثال ۲: قطار در حال حرکت

تصور کنید که در کنار یک ریل قطار ایستاده‌اید و قطاری به آرامی از شما دور می‌شود. هر چه قطار از شما دورتر می‌شود، سرعتی که از شما دور می‌شود، بیشتر به نظر می‌رسد. این شبیه به انبساط جهان است؛ کهکشان‌هایی که دورتر هستند با سرعت بیشتری از ما دور می‌شوند.

تأثیر انبساط جهان بر آینده آن

یکی از سؤالات مهمی که در علم فیزیک مطرح می‌شود این است که آیا انبساط جهان برای همیشه ادامه خواهد داشت یا نه؟ سه نظریه اصلی در این باره وجود دارد:

جهان باز: اگر چگالی ماده و انرژی در جهان کمتر از یک حد معین باشد، انبساط جهان تا ابد ادامه خواهد داشت و کهکشان‌ها از هم دورتر و دورتر خواهند شد.
جهان بسته: اگر چگالی ماده و انرژی بیشتر از یک مقدار خاص باشد، انبساط جهان در نهایت متوقف شده و جهان دوباره به سوی یک نقطه کوچک‌تر فروپاشی می‌کند.
جهان مسطح: اگر چگالی ماده و انرژی دقیقاً برابر با مقدار بحرانی باشد، انبساط جهان به تدریج کاهش می‌یابد ولی هرگز متوقف نمی‌شود.

سؤالاتی برای تفکر بیشتر

در این بخش، چند سؤال مطرح می‌کنیم تا شما را به تفکر و تعامل بیشتر با موضوع انبساط جهان و قانون هابل تشویق کنیم:

اگر جهان در حال انبساط است، آیا به این معنی است که ما نیز در حال حرکت هستیم؟ چرا این حرکت را احساس نمی‌کنیم؟
چگونه می‌توانیم با استفاده از قانون هابل سن جهان را تخمین بزنیم؟
آیا ممکن است روزی انبساط جهان متوقف شود؟ اگر چنین شود، چه اتفاقی می‌افتد؟
چگونه می‌توانیم مطمئن شویم که نظریه مهبانگ صحیح است؟ آیا شواهد دیگری نیز برای تأیید این نظریه وجود دارد؟

نتیجه‌گیری

انبساط جهان یکی از مهم‌ترین مفاهیم در کیهان‌شناسی مدرن است که تأثیرات گسترده‌ای بر فهم ما از تاریخچه و آینده جهان دارد. قانون هابل به ما نشان می‌دهد که کهکشان‌های دوردست با سرعتی متناسب با فاصله‌شان از ما دور می‌شوند و این گسترش با نظریه مهبانگ و کشف پرتوهای پس‌زمینه مایکروویو کیهانی همراه است. با درک این مفاهیم، می‌توانیم به سؤالات بنیادی درباره ماهیت جهان و سرنوشت نهایی آن پاسخ دهیم.