آکادمی علوم سلطنتی سوئد درمورد جایزه نوبل فیزیک 2011 در رشته فیزیک تصمیم گرفت نیمی از جایزه را به شائول پرلماتر و نیم دیگر را به‌طور مشترک به برایان اشمیت و آدام رییس، به‌خاطر کشف انبساط تندشونده عالم به روش مشاهده ابرنواخترهای دوردست اهدا کند.

 

محمود حاج‌زمان: «بعضی می‌گویند دنیا در آتش پایان می‌یابد، بعضی می‌گویند در یخ...» سرنوشت جهان چه خواهد بود؟ اگر برندگان جایزه نوبل فیزیک امسال را باور داشته باشیم، باید به پایان یافتن آن در یخ و انجماد بیاندیشیم. آنها ستارگان در حال انفجار موسوم به ابرنواختر را در کهکشان‌های دوردست مورد مطالعه دقیق قرار دادند و دریافتند که انبساط جهان در حال شتاب‌گیری است.

 

این کشف حتی برای خود برندگان جایزه نوبل حیرت‌آور بود. چیزی که آنها دیدند، مانند این است که یک توپ را به هوا پرتاب کنید و به جای این‌که توپ به سمت پایین برگردد، سریع‌تر و سریع‌تر در آسمان ناپدید شود، گویی نیروی گرانش بر روی مسیر حرکت توپ تاثیری نمی‌گذارد. به نظر می‌رسد که اتفاق مشابهی در تمام کیهان در حال رخ دادن است. برای مشاهده اینفوگراف زیر در ابعاد بزرگ، اینجا را کلیک کنید.

 

نرخ فزاینده انبساط یا گسترش تندشونده عالم بیان‌گر این است که شکل ناشناخته‌ای از انرژی در چارچوب فضا، در حال هل دادن و دور کردن اجزای جهان از یکدیگر است. این انرژی تاریک (انرژی مجهول) بخش اعظم جهان –بیش از 70 درصد- را تشکیل می‌دهد و هنوز به صورت یک راز باقی مانده است. به همین دلیل تعجبی ندارد که وقتی دو گروه تحقیقاتی مختلف در سال 1998 / 1377 نتایج مشابه خود را منتشر کردند، بنیان‌های کیهان‌شناسی به لرزه درآمد.
شائول پرلماتر رئیس یکی از این گروه‌های تحقیقاتی بود: پروژه کیهان‌شناسی ابرنواختری که یک دهه قبل از آن و در سال 1988 / 1367 آغاز شده بود. برایان اشمیت رئیس گروه دیگری از دانشمندان بود که از اواخر سال 1994 / 1373 وارد این پروژه رقابتی شد: گروه تحقیقاتی ابرنواخترهای بسیار دور یا High-z که آدام ریس نیز در آن نقش تعیین‌کننده‌ای داشت.
دو گروه تحقیقاتی برای تهیه نقشه کیهان با یکدیگر رقابت می‌کردند. آنها به دنبال یافتن دورترین ابرنواخترها (انفجارهای ستاره‌ای در فضا) بودند. با تعیین فاصله تا ابرنواخترها و سرعتی که این ستارگان از ما دور می‌شوند، دانشمندان امیدوار بودند که بتوانند سرنوشت کیهان را آشکار کنند. آنها انتظار داشتند نشانه‌هایی از کند شدن انبساط کیهان پیدا کنند که باعث ایجاد تعادل بین آتش و یخ می‌شد؛ اما چیزی که آنها یافتند خلاف انتظارشان بود: انبساط عالم تندشونده است!

 

عالم روز به روز بزرگ‌تر می‌شود
این نخستین بار نیست که یک کشف اخترشناسی باعث دگرگون شدن تصور ما از عالم می‌شود. تنها یک‌صد سال قبل، تصور می‌شد که جهان مکانی آرام و ساکن است و از کهکشان راه‌شیری ما بزرگ‌تر نیست. ساعت کیهان‌شناختی با نرخی ثابت و یکنواخت کار می‌کرد و جهان، ابدی بود! اما این تصویر خیلی زود دگرگون شد!
در آغاز قرن بیستم، بانوی اخترشناس آمریکایی، هنریتا سوان لویت، راهی را برای اندازه‌گیری فاصله ستارگان دوردست کشف کرد. در آن زمان، بانوان اخترشناس به تلسکوپ‌های بزرگ دسترسی نداشتند و اغلب برای انجام وظیفه طاقت‌فرسای تحلیل عکس‌ها استخدام می‌شدند. هنریتا لویت هزاران ستاره تپنده موسوم به متغیرهای قیفاووسی را مورد مطالعه قرار داد و کشف کرد که ستارگان درخشان‌تر، تپش‌های طولانی‌تری دارند. با استفاده از این اطلاعات وی توانست درخشش ذاتی متغیرهای قیفاووسی را اندازه‌گیری کند.
 

 

اگر تنها فاصله یکی از ستارگان قیفاووسی معلوم می‌شد، تعیین فاصله دیگر ستارگان متغیر قیفاووسی امکان‌پذیر بود: هر چه ستاره کم‌نورتر باشد، فاصله آن از زمین بیشتر است. شمع استاندارد معتبری ایجاد شده بود، نخستین علامت در مقیاس کیهانی که هنوز هم مورد استفاده اخترشناسان است. با استفاده از متغیرهای قیفاووسی، اخترشناسان خیلی زود به این نتیجه رسیدند که کهکشان راه‌شیری تنها یکی از بی‌شمار کهکشان‌های موجود در عالم است. در دهه 1920 / 1300، بزرگ‌ترین تلسکوپ آن روزگار در مونت‌ویلسون کالیفرنیا به بهره‌برداری رسید و اخترشناسان (ادوین هابل و همکارانش) به کمک آن توانستند نشان دهند که تقریبا تمام کهکشان‌ها در حال دور شدن از ما هستند. آنها پدیده موسوم به انتقال‌به‌سرخ را مورد مطالعه قرار دادند که زمانی اتفاق می‌افتد که یک منبع نوری در حال دور شدن از ما باشد. در این حالت طول‌موج نور کش می‌آید و هر چه که این موج طولانی‌تر باشد، رنگ آن قرمزتر است. نتیجه تحقیقات این بود که کهکشان‌ها در حال دور شدن از ما و یکدیگر هستند و هر چه دورتر باشند، با سرعت بیشتری حرکت می‌کنند؛ پدیده‌ای که با نام اصل هابل شناخته می‌شود. به عبارت دیگر، جهان در حال رشد و بزرگ شدن است.

 

 

رفت و آمد ثابت کیهان‌شناختی
آن‌چه در کیهان مشاهده شده بود، قبل از آن توسط محاسبات نظری نیز پیش‌بینی شده بود. در سال 1915/ 1294، آلبرت اینشتین نظریه نسبیت عام خود را منتشر کرد که از آن زمان به پایه درک ما از جهان تبدیل شده است. این نظریه جهانی را توصیف می‌کرد که در حال انبساط یا انقباض بود.
این نتیجه‌گیری یک دهه قبل از کشف کهکشان‌های دورشونده انجام شد، اما حتی اینشتین هم نمی‌توانست این حقیقت را بپذیرد که جهان ایستا نیست. به همین دلیل و برای جلوگیری از انبساط ناخواسته کیهانی، اینشتین یک ثابت به معادله خود اضافه کرد که به ثابت کیهان‌شناختی مشهور شد. بعدها اینشتین از وارد کردن این ثابت کیهان‌شناختی به عنوان یک اشتباه بزرگ نام برد. با این وجود، با مشاهدات انجام شده در سال‌های 1997 و 1998 / 1376 و 1377 که جایزه نوبل فیزیک امسال را برای محققان به ارمغان آورد، می‌توانیم نتیجه بگیریم که ثابت کیهان‌شناختی اینشتین –که به دلایل اشتباهی وارد معادله شد- واقعا یک شاهکار است.
کشف انبساط تندشونده عالم، نخستین مرحله در ایجاد مدل استاندارد کیهانی حاضر است که بر اساس آن، جهان در حدود 14 میلیارد سال قبل و با مهبانگ آغاز شد. هم زمان و هم فضا بعد از این حادثه آغاز شدند. از آن زمان، جهان در حال انبساط است. همانند کشمش‌های یک کیک کشمشی که درون فر باد می‌کند، کهکشان‌ها نیز به دلیل انبساط عالم از یکدیگر دور می‌شوند. اما ما به کجا می‌رویم؟