دید کلی
در میان مردم هندوستان و چین ، ضرب المثلی وچود دارد که میگوید، دنیا فقط تا جایی است که بشر بتواند پای پیاده آن را در نوردد. به زبان ستاره شناسان میتوان گفت که
جهان ، فقط تا جایی است که
تلسکوپهای ما می توانند آن را ببینند. جهان مشاهده شده ، بخشی از کل جهان است که هزاران میلیون پارسک در فضا ، و هزارن میلیون سال در زمان را در بر گرفته است. برای مشاهده ساختمان بزرگ مقیاس ، محتوا و تکامل جهان از تجهیزات عظیم و روشهای ماهرانهای استفاده میشود.
روشهای مطالعه ساختمان جهان
- تجسس در جهان با همه وسعتش هدف علم کیهان شناسی (Cosmology) است. نیل به ساختمان بزرگ مقیاس جهان ، میتواند از طریق تجربی (کیهان شناسی مشاهدهای) ، یا عملی مدلهای نظری جهان انجام گیرد. روش تجربی ، بر دادههای مشاهدهای تکیه دارد و ساختمان واقعی جهان را در نظر قرار میدهد. لیکن تجربه عملی با جهان در سطح وسیع تا اندازه زیادی محدود است.
- روش عقلی ، کلیه ساختمانهای ممکن برای جهان ، یعنی مدلهای کیهانشناختی را کاوش میکند. ممکن بودن ، منطقی بودن را میرساند ، یعنی هیچ تناقضی با قوانین فیزیکی و دادههای مشاهدهای در آن یافت نشود. ریاضیات تا حد زیادی استنتاجهای منطقی را تسهیل میکند و دادههای مشاهدهای عوامل راهگشایی برای مدلهای نظری هستند. فقط یک جهان واقعی وجود دارد که ما با تلسکوپهای خود مشاهده میکنیم و در جوار آن انبوهی از مدلهای نظری وجود دارد. از آنجا که دادههای مشاهدهای قابل اطمینان در مورد جهان در دید وسیع ، کمیاب است به دشواری میتوان یک مدل خاصی را با جهان واقعی تطابق داد.
خصوصیات مشاهدهای
دادههای مشاهدهای با مکان ، شدت تابش ، طیف و قطبی بودن کهکشانها و بویژه با درخشانترین کهکشانها در خوشهها سر و کار دارد. تابندگی درخشانترین کهکشانها در خوشههای فنی را میتوان تا فواصل بسیار بزرگ ، اندازه گیری کرد. اگر این کار را انجام دهیم خواهیم دید که تابندگی آنها ، تقریبا مساوی است. از این دو ویژگی ، برای
خوشههای کهکشانها استفاده میشود.
یک خصیصه مشاهدهای دیگر کهکشانهای دور ، جابجایی خطوط طیفی آنها به سمت
طول موجهای آزمایشگاهی است.
انتقال به قرمز خطوط طیفی ، در نتیجه گریز کهکشانها به وجود میآید. فضا در حضور ماده و میدان ، انحنا مییابد و تقریبا فضای مسطح در
نسبیت خاص ، فقط در یک حجم کوچک ، و نه در کل مسیر باریکه نور از یک کهکشان دوردست ، مجاز است.
قانون هابل
برای درخشندهترین کهکشانهای خوشهها ، یک رابطه تجربی بین دو کمیت مشاهده شده m و z وجود دارد که نخستین بار توسط
هابل کشف شد. m قدر ظاهر کهکشانها و z کمیت بدون بعدی است که به صورت نسبت جابجایی خطوط طیفی حاصل از کهکشانها به طول موج آزمایشگاهی تعریف میشود. چون m ، مقیاسی برای فاصله است ، لذا رابطه تجربی کشف شده توسط هابل یک تناسب بین فاصله r یک خوشه کهکشانی و انتقال به قرمز (z) آن ، یا سرعت فرار کهکشانها ، نشان میدهد.
v = zc = H0r
این رابطه ساده که بین فواصل خوشههای کهکشانها و سرعتهای فرار آنها وجود دارد ، قانون هابل خوانده میشود ، که در آن H
0 ثابت هابل خوانده میشود که مقیاسی از
انبساط جهان است.
گستره قانون هابل
قانون هابل برای فواصلی که به حد کافی بزرگ باشند ، معتبر است. از این رو میتوان از اثرات محلی چشم پوشی کرد. لیکن فاصله را نمیتوان تا جایی بزرگ کرد که تاثیرات نسبیتی ، قابل اغماض باشند. انحراف انتقال به قرمزهای بسیار بزرگ از قانون ساده هابل ، اهمیت زیادی دارد. زیرا انحرافات تعیین خواهند کرد که کدام یک از
مدلهای کیهان شناسی پیشنهادی ، بهترین مدل است.
ثابت هابل
ثابت H
0 که در قانون هابل مشاهده میشود، به ثابت هابل معروف است ، که مقیاس
انبساط جهان را نشان میدهد. عکس ثابت هابل ، دارای بعد زمان است و زمان هابل خوانده میشود. چنانچه سرعت گریز در تمام مدت
تکامل جهان ثابت بوده باشد ، زمان هابل باید نشان دهنده عمر جهان باشد. لذا برای H
0 = 55Km\SMpc زمان هابل مساوی 10
9 × 18 سال است. اما در نتیجه گرانش خودی ، انبساط جهان دارای سرعت منفی است. اگر چنین باشد ثابت هابل در گذشته ، بزرگتر بوده و زمان هابل کوتاهتر از زمانی است که از روی سرعت ثابت انبساط به دست آید. بر اساس
مدلهای فریدمان و
نظریه انفجار بزرگ ، انبساط جهان تقریبا 10x10
9 سال پیش آغاز شده است.
مباحث مرتبط با عنوان