انبساط فضا

انبساط فضا ، توجيهي غير موجه براي انبساط كيهان است.
توجه : در اين مبحث تعريف جديدي از همبافته فضا - زمان ارايه ميشود.

براي روشن شدن موضوع از يك مثال ساده شروع مي‌كنيم . فرض مي‌كنيم كه دو مفتول فلزي داريم كه از آلياژ يكساني تهيه شده‌اند . يكي به طول 1متر در دماي 30 درجه سلسيوس و ديگري به طول 10 متر در همان حرارت . لازم به توضيح است كه ما از مفتول 1 متري به عنوان سانتي متر استفاده كرده و آن را به صد قسمت مساوي تقسيم كرده‌ايم . اينك اين دو مفتول را به سياره‌اي فرضي انتقال مي‌دهيم كه حرارت سطح آن بيشتر از 30 درجه بوده و باعث انبساط مفتول‌ها تا حدي ميشود كه اندازه‌ مفتول 1 متري به 101 سانتي متر و مفتول 10 متري ، 10 متر و 10 سانتي متر افزايش پيدا مي‌كند . در اين وضعيت اگر ما مفتول دومي را با مفتول اولي متر كنيم به همان طول 10 متر خواهيم رسيد ، براي اينكه :

m0 طول مفتول 1 متري و T0 طول مفتول 10 متري در دماي 30 درجه است . m طول مفتول اولي و T طول مفتول دومي در سطح سياره فرضي داغ است . Δm , ΔT تفاوت طول ( مقدار انبساط ) دو مفتول است . واضح است كه براي اندازه گيري مقدار انبساط مفتول دوم ، ميبايست مفتول اول را تا حرارت 30 درجه سرد و سپس متراژ را انجام دهيم كه در غير اين صورت به همان نتيجه قبلي خواهيم رسيد .
يكي از نتايج بسيار مهم اندازه گيري سرعت نور تحت شرايط و وضعيت مختلف در فضا يا خلاء ، اين واقعيت بديهي است كه اندازه تغيير مكان نور در تغيير زمان ، همواره مقدار ثابتي است ، يعني :

به حاصل تقسيم طول بر زمان كه همواره مقدار ثابتي است ميتوان همبافته فضا - زمان گفت كه ساده‌ترين تعريف براي همبافتگي فضا - زمان است . از اين رو اگر ما با هر سرعتي كمتر از سرعت نور اقدام به اندازه گيري سرعت نور كنيم ، همان عدد ثابت C را بدست خواهيم آورد . براي اولين بار شخصي به نام فيتز جرالد نظريه عجيبي ارايه داد . طبق نظر او ، تمام اجسام در جهت حركت خود منقبض ( كوتاه ) ميشوند ، بعدا شخصي به نام لورنتس مدعي شد كه زمان نيز در اين وضعيت ميبايست اتساع يابد و اين تغييرات در طول و زمان را فرموليزه كردند . آنچه كه اتفاق مي‌افتد اينكه با افزايش سرعت ، متر ما كوتاه‌تر و زمان ما كندتر كار مي‌كند و در هنگام اندازه گيري سرعت نور به همان نتيجه قبلي خواهيم رسيد .

به طور مثال پرتو نور و سفينه‌اي را در نظر مي‌گيريم كه با نصف سرعت نور نسبت به ما در حال حركت است . اگر از سرنشينان سفينه بخواهيم كه سرعت نور را اندازه گيري نموده و گزارش دهند ، ما انتظار گزارش سرعت 150.000 كيلومتر بر ثانيه را خواهيم داشت ( گزارش‌سرعتV= سفينهV-نورV ) ، ولي آنها با كمال تعجب همان رقم 300.000 كيلومتر بر ثانيه را گزارش خواهند داد و اولين و منطقي‌ترين استنباط ما اين خواهد بود كه در ابزار اندازه‌گيري متر و زمان آنها تغييراتي بوجود آمده و به استناد معادلات لورنتس :

در واقع آنها رقم 259.807 كيلومتر ما را تقسيم بر 0.8660 ثانيه ما مي‌كنند و به رقم 300.000 كيلومتر بر ثانيه مي‌رسند ، در واقع يك متر آنها به 86.60 سانتي متر ما و يك ثانيه آنها به 0.8660 ثانيه ما تقليل پيدا كرده است . در ساده‌ترين توضيح هم بافته فضا - زمان را ميتوان با تناسب زير تعريف كرد :

بعدها انيشتين با استفاده از اين نظريات ، تئوري نسبيت را پايه ريزي و ارايه نمود و عنوان كرد كه سرعت نور نسبت به تمام دستگاه‌هاي لخت ( بدون شتاب ) ثابت و برابر C است كه درك آن براي همگان آسان نيست ، بلكه واقعيت امر اين است كه سرعت نور در تمامي دستگاه‌هاي لخت ( بدون شتاب ) ثابت و يكسان اندازه‌گيري و محاسبه ميشود ، براي اينكه به تناسب تغيير متر ، زمان نيز تغيير خواهد يافت و ما هميشه به همان مقدار اندازه‌گيري شده قبلي خواهيم رسيد . در واقع نور و يا سرعت آن در حكم ابزار و وسيله‌اي جهت انطباق واحد طول بر واحد زمان است و ما ميتوانيم در هر لحظه و هر جا ، ابزار‌هاي اندازه گيري طول و زمان خود را به دقت بسيار زيادي تنظيم كنيم .
با توجه به شكل زير فرض مي‌كنيم كه فضا به دلايل غير گرانشي در نقطه B انقباض يافته است :

دو پرتو نور با فاز ، شدت و فركانس ( طول موج ) يكسان را در نظر مي‌گيريم كه يكي از كنار نقطه B و ديگري دورتر از آن و به موازات همديگر در حال انتشار و گذر هستند . با گذر پرتو نور دوم از كنار نقطه B ، چون فضا انقباض يافته است به تدريج از طول موج نور كاسته شده و به فركانس و انرژي آن افزوده ميشود ، يعني حركت به طرف طيف آبي ، ولي در هنگام دور شدن پرتو نور دوم از نقطه B ، به تدريج به طول موج نور افزوده شده و از فركانس و انرژي آن كاسته ميشود ، يعني حركت به طرف طيف قرمز . بديهي است كه در اين وضعيت پرتو نور اول از پرتو نور دوم پيشي ( سبقت ) مي‌گيرد ، در حالي كه اندازه انرژي هر دو موج در كل ثابت مانده است ( يعني تعداد سيكل‌هاي مساوي دارند ) . ما در رسم شكل فوق از تاثيراتي كه موجب انحراف نور دوم شود صرف نظر كرده‌ايم .
همانطور كه ميدانيم معادله طول موج و فركانس عبارت است از :

C سرعت ثابت نور و واحد آن متر بر ثانيه ، ƒ تواتر يا فركانس و واحد آن هرتز ( سيكل بر ثانيه ) و λ طول موج و واحد آن متر است . آنچه كه كاملا مشخص است اينكه همبافته فضا - زمان يعني همان حاصل تقسيم متر بر ثانيه در هر دو طرف معادله مشخص و معلوم است ، اين موضوع به چه معني است ؟
اين دقيقا به اين معني است كه اگر فرض كنيم ناظري به همراه پرتو نور دوم نزديك نقطه B شود با كاهش طول موج نور ، واحد اندازه‌گيري طول او يعني متر نيز كوتاه خواهد شد و همچنين ابزار اندازه‌گيري زمان او يعني كرنومتر يا ساعت كندتر كار خواهد كرد ، پس او به هيچ وجه متوجه كاهش سرعت نور و افزايش فركانس و انرژي موج نخواهد شد و همچنين است زماني كه هر دو در حال دور شدن از نقطه B باشند . در واقع تمامي اين تغييرات در سرعت ، فركانس و انرژي نور براي ناظران دور از نقطه B محسوس خواهد بود و اين پديده براي ناظر واقع در نقطه B غير قابل شناسايي است .
در واقع هر سه ناظر مستقر در نقاط A , B , C در مورد سرعت ، فركانس و انرژي نور اتفاق نظر و تفاهم خواهند داشت ، ولي ناظر چهارم دور از نقطه B متوجه اين تغييرات در فضا - زمان ، سرعت نور ، فركانس و انرژي آن خواهد شد .

d اندازه طول است . در ساده‌ترين توضيح ما براي پيدا كردن سرعت نور ، مقدار تغيير مكان آن را تقسيم بر مقدار تغيير زمان مي‌كنيم . چون در انقباض فضا ، واحد اندازه‌گيري طول ما كوتاه ميشود و ساعت ما نيز كند كار مي‌كند به همان اندازه گيري قبلي دست مي‌يابيم و هم چنين است در مورد انبساط فضا ، يعني واحد اندازه‌گيري طول ما بلند شده و ساعت ما نيز تندتر كار مي‌كند و در نهايت همان اندازه‌گيري قبلي نتيجه ميشود . به معادله زير توجه كنيد :

با افزايش طول موج ( λ ) به علت بلند شدن m ( انبساط فضا ) ، سرعت نور نيز ميبايست نسبت به ديد ناظر مجاور افزايش يابد ، ولي توام با افزايش اين طول موج به علت انبساط فضا ، زمان نيز تندتر كار خواهد كرد ، پس مقدار s نيز افزايش يافته و سرعت نور در نهايت ثابت اندازه‌گيري خواهد شد . ولي ناظر دور ( غير مجاور ) متوجه افزايش سرعت نور خواهد بود ، براي اينكه تغييري در زمان او ( مقدار s ) بوجود نيامده است ، پس براي ناظر مجاور ميتوانيم مقدار ثابت m/s ( همبافته فضا - زمان ) را از طرفين معادله حذف و به برابري زير برسيم :

K كيلو يعني ضريب 1000 ، n سيكل ( يك موج نور ) و Z بيانگر مقدار عددي است . در واقع در اين شرايط انبساط و انقباض فضا ، همواره و هميشه مقدار سرعت ، فركانس ( انرژي ) و طول موج نور براي ناظر مجاور پرتو دوم مقدار ثابتي خواهد بود و اين مقادير براي ناظري كه دور از نقطه B ميباشد تغيير مي‌يابد و علت آنهم اختلاف در فضا - زمان آنها خواهد بود ، ولي مقدار تناسبات ( همبافتگي فضا - زمان ) همواره يكي ( ثابت ) است .
نظريه پردازان تئوري انفجار بزرگ چنين نظر مي‌دهند كه قبل از انفجار بزرگ ، فضا - زمان وجود نداشته است . و همه چيز داخل گوي بسيار چگال و داغي بوده است ، بعد از انفجار ، فضا - زمان ، ماده و انرژي پديدار شده است و فضا - زمان ما در حال انبساط است و اين انبساط به مرور زمان باعث شده است كه طول موج نور اوليه انفجار ، افزايش يافته و به امواج پس زمينه فعلي كيهان تبديل شود و آن را مدركي براي اثبات فرضيه خود مي‌دانند . در اين رابطه بايد گفت كه ما ناظرين همراه يا مجاور نور انفجار محسوب ميشويم و با انبساط فضا ميبايست اولا واحد اندازه‌گيري طول ما ( متر ) بلند شود و دوما زمان ما ( ساعت ) نيز تندتر حركت كند كه در اين رابطه چون سرعت نور را همواره ثابت اندازه گيري مي‌كنيم ، ميبايست فركانس و انرژي نور را نيز ثابت اندازه‌گيري كنيم كه چنين نيست ، يعني ما شاهد نور انفجار بزرگ نيستيم براي اينكه ماهيت اين امواج پس زمينه كيهان ، راديويي و از نوع ماكروويو است . پس اولا امواج پس زمينه كيهان مدرك اثبات نظريه انفجار بزرگ نيست و مربوط به نور انفجار بزرگ نميشود و دوما انفجار بزرگ يا انبساط فضا عامل انبساط كيهان نيست ، براي اينكه در اين صورت متر ما نيز همواره در حال بلند شدن بوده و نهايتا" متوجه انبساط عالم نخواهيم شد ، زيرا حاصل تقسيم تغيير اندازه قطر كيهان در تغيير اندازه طول متر ما همواره مقدار ثابتي خواهد بود : يعني

ΔU تغيير قطر كيهان ، Δm تغيير طول متر ، Constant مقدار ثابت ميباشد و ما در هر زمان در اندازه گيري قطر كيهان به همان نتيجه قبلي خواهيم رسيد كه چنين نيست ! ما در هر لحظه متوجه انبساط كيهان ، آنهم با سرعت شتاب دار ميشويم كه بيانگر اين است كه اندازه متر ما در حالت كلي در كيهان ثابت به نظر ميرسد . به بيان ساده‌تر :

يعني حاصل تقسيم تغيير قطر كيهان به متر ما ، روز به روز در حال افزايش و رو به بينهايت است و اين افزايش به صورت تصاعدي است . در حقيقت آنچه كه باعث انبساط كيهان ميشود ، ميدان گرانش منفي ( نيروي ضد جاذبه ) موجود در كيهان است كه باعث ميشود كهكشانها با سرعت شتاب دار و سرسام آوري ، آنهم درون فضا از يكديگر دور شوند . و از همه مهمتر اين انبساط برون كهكشاني است و مربوط به داخل كهكشانها نميشود ، يعني ابعاد خود كهكشانها در كل ثابت مي‌ماند .
1-محمدرضا طباطبايي
2-http://www.ki2100.com
3-http://www.articles.ir
/خ