مرکز جهان دقیقا کجاست؟ 

اگر مرکزی برای این جهان وجود دارد، ما دقیقا چقدر از آن فاصله داریم؟

مرکز جهان دقیقا کجاست؟ آیا تا بحال به این موضوع فکر کرده اید؟ در ادامه با مجله وارونه همراه باشید تا به بررسی این موضوع بپردازیم. فرقی ندارد به کدام سمت نگاه می کنیم یا اینکه ابزار و تلسکوپ هایمان چقدر توانایی دیدن دارند، همه جای این کیهان تقریبا شبیه به هم است. تعداد کهشکان ها، انواع کهشان ها و تعداد ستاره هایی که در دل هر کدام از این ها وجود دارد، تراکم ماده عادی و ماده تاریک موجود در آنها و حتی دمایی که از بازتاب امواج به ما می رسد همه و همه شبیه به هم است. یعنی هیچ فرقی ندارد که به کدام جهت نگاه می کنیم. در مقیاس های بزرگ میزان تفاوت موجود در دو قسمت، عددی به اندازه 003/0 درصد است. یعنی یک قسمت از هر سه هزار قسمت تفاوت دارد.

مطلب مرتبط: پاسخ سوال های بی جواب در مورد ماده تاریک 

نگاه کردن به فواصل دورتر یعنی نگاه کردن به گذشته های دورتر

به عبارت دیگر تفاوت اصلی در مسیری که به آن نگاه می کنیم نیست بلکه به فاصله ای بستگی دارد که این نقاط در آن قرار گرفته اند. هر چه به فاصله های دورتر نگاه کنیم یعنی به زمان های دورتر نگاه می کنیم. این یعنی نور از آن مکان ها با طول موج بیشتری به ما رسیده است. خیلی ها با شنیدن این موضوع این طور فکر می کنند که هر چه بازتابش نور از این مکان ها بیشتر باشد یعنی اجرام موجود در آن قسمت با سرعت بیشتری از ما دور می شوند. بنابراین اگر به تمام جهت ها نگاه کنیم و میزان بازتابش نور و طول موجش را در نظر بگیریم، سرعت دور شدن همه اجرام در نقاط مختلف یکسان خواهد بود؟

مطلب مرتبط: سفر به سراسر کیهان ؛ نگاهی به عکس های برگزیده مسابقه عکاسی نجومی 2018

با فرض بر اینکه گوشه های کیهان در فاصله های دورتری قرار دارند و با سرعت بیشتری هم از ما دور می شوند، می توان مرکز جهان را از گوشه های کیهان تشخیص داد؟ در پاسخ به این سوال ها باید بگویم که نه! همه چیز به همین راحتی ها نیست.

تفاوت در طول موج نزدیک شونده و دور شونده

همه ما می دانیم که وقتی جرمی به سمت مان می آید موج هایی که به سمت مان می فرستد کوتاه تر هستند. یعنی قله و دره موج به هم نزدیکند. درست آن روی سکه وقتی اجرام از ما دور می شوند موجی که به سمت مان می فرستند بلندتر خواهد بود. یعنی قله و دره موج از هم فاصله بیشتری خواهند داشت. هر کسی می تواند این قضیه را در مورد امواج صدا به خوبی درک کند. مثلا به راحتی می توان حدس زد که ماشین آتش نشانی، یا ماشین بستنی از ما دور می شود یا در حال نزدیک شدن است. همان طوری که این داستان در مورد امواج صدا کاربرد دارد، در مورد امواج نوری هم کاربرد داشته و در واقع شامل همه نوع موج می شود. این اثر به پاس کاشفش و به نام خود او، اثر داپلر نام دارد.

تفاوت امواج نوری و صوتی

البته در این میان تفاوتی هم هست. در مورد امواج نوری بلند تر شدن یا کوتاه تر شدن طول هر موج به بالا و پایین رفتن فرکانس ربطی ندارد. در این مورد انرژی کم و زیاد شونده طول موج ها را تغییر می دهد. پس طول موج های بلند تر یعنی فرکانس پایین تر، انرژی کمتر و رنگ قرمزتر. از آن سو، طول موج های کوتاه تر یعنی فرکانس بالاتر، انرژی بیشتر و رنگ آبی تر.

بررسی هر جرم یعنی بررسی اتم ها و یون هایش

در بررسی هر جرمی به این روش در واقع اتم ها و یون ها هستند که بررسی می شوند. چرا؟ خب خیلی ساده است. چون ماهیت ماده در کیهان را همین اتم ها و یون ها تشکیل داده اند و بررسی طول موج اجرام یعنی بررسی اتم ها و یون هایشان. اتم ها و یون ها تنها طول موج خاصی را جذب و ساطع می کنند. پس اگر بدانیم چه اتم هایی موجودند و چه طول موج هایی جذب و ساطع می شوند به راحتی می توان فهمید که نور این اجرام تا چه اندازه آبی یا قرمز است.

مطلب مرتبط: در مورد جهان هستی چه می دانیم؟ رازها و افسانه ها 

تفاوت سرعت حرکت در مرکز و گوشه های کیهان

چیزی که به این روش می فهمیم خیلی خاص و عالی است. اجرامی که خیلی به ما نزدیکند هم نور آبی دارند هم نور قرمز. پس سرعت حرکت شان می شود چیزی در حدود چند صد تا چند هزار کیلومتر در ثانیه که در مقیاس کلان تفاوت ناچیزی است. در کهکشان هایی مانند راه شیری که در منطقه ای پر تراکم و انباشته از اجرام قرار ندارد سرعت کمتر است، اما در مرکز کیهان که تراکم اجرام بالاتر است سرعت هم بیشتر شده و به چیزی در حدود 1 درصد سرعت نور می رسد.

تفاوت نور ساطع شده از اجرام دور و نزدیک

هر چه به فواصل دورتر نگاه می کنیم می بینیم که سرعت حرکت در حد همان چند صد تا چند هزار کیلومتر بر ثانیه است اما هر چه دورتر می رویم نور ساطع شده قرمزتر می شود. نتایج کاملا گویا هستند.هر چه جرمی از ما دورتر باشد، نور ساطع شده از آن قرمزتر می شود.

دو سناریو موثر در تغییر نور ساطع شده از اجرام

اما آیا امکان دارد این پدیده در اثر حرکت متناسب آن جرم در فضا با ما باشد؟ به عبارت دیگر امکان دارد که قرمز شدن نور به این خاطر باشد که جرم در حال دور شدن نور ساطع می کند و ما بعد ها در حال نزدیک شدن نور را دریافت می کنیم؟ یا اینکه ممکن است علتش گسترش کهکشان ها باشد؟ یعنی گسترش کهکشان در حین بازتاب موجب شود که نور در حین سفرش طولانی اش از مبدا تا به ما برسد تغییر رنگ دهد؟

بررسی دقیق تر سناریو دوم با کمک نسبیت انیشتین

خب درک اولین سناریو به نسبت خیلی راحت است. همگی خیلی خوب می دانیم که هر جرمی در فضا قرار دارد و در آن حرکت هم می کند. اما سناریو دوم نیاز به بررسی دارد. بر اساس تئوری نسبیت انیشتین فضا پس زمینه ای ثابت نیست که اجرام در آن در حال حرکت باشند. بلکه ماده ای است که در کنار زمان تکامل پیدا می کند و این تکامل به میزان ماده و انرژی موجود در آن بستگی دارد.

مطلب پیشنهادی: قدرت فضا از دیدگاه فیزیک کوانتوم و نسبیت زمان و مکان

بنابراین جرم بزرگی که در ناحیه ای خاص از فضا قرار دارد ممکن است باعث خمیدگی آن فضا شود.این امر موجب می شود که هر کوانتومی که در آن ناحیه حرکت می کند در مسیر صاف حرکت نکند. یعنی در مسیر خمیدگیِ حرکت می کند که آن جرم بزرگ در آن فضا ایجاد کرده است. خم شدن امواج نور خورشید در محوطه اطراف خورشید یکی از بارز ترین مثال ها برای ثابت کردن تاثیر جاذبه و نظریه نسبیت انیشتین است. که البته با نظریه های قدیمی نیوتون در مورد جاذبه خیلی تفاوت دارد.

هیچ فضایی استاتیک نمی شود

یکی دیگر از موضوعاتی که از نظریه نسبیت می توان به دست آورد این است که فضایی که با میزان ثابتی از ماده و انرژی پر شده باشد، نمی تواند فضایی استاتیک و بدون تغییر باشد. هیچ راهی برای استاتیک بودن در این شرایط وجود ندارد و هستی در این صورت یا باید گسترش پیدا کند یا کاهش. هر چه فضا و زمان تکامل پیدا میکنند نور موجود در آن هم دستخوش تغییر می شود.

مطلب مرتبط: ستاره ی رقصنده به دور سیاه چاله !!! مهر تایید دوباره ای بر نسبیت انیشتین !!! 

یعنی اگر هستی در حال کاهش و جمع شدن باشد، طول موج نور هم کمتر می شود. از آن طرف اگر هستی در حال گسترش باشد، طول موج نور موجود در آن هم گسترش پیدا می کند. همین جاست که می گویم سفر نور در فضا گواهی است بر گسترش و تکامل فضا! چرا که تکامل و گسترش فضا بر نور تاثیر دارد و ما این تاثیر را وقتی نور به ما می رسد با چشم مان می بینیم.

کدام یک از این سناریو در حال اتفاق افتادن هستند؟

در واقع هر دو سناریویی که در بالا به آنها اشاره کردم در حال اتفاق افتادن هستند. خود فضا هم در حال گسترش و تکامل است و همین عامل موجب می شود نوری که در آن سفر می کند دستخوش تغییر شود؛ یعنی با طول موج بلندتری از زمان بازتابش به ما برسد. البته خود کهکشان ها و اجرام موجود در آن هم در حال حرکت در این فضای در حل گسترش هستند و این عامل هم به نوبه خودش بر نور تاثیر دارد.

میزان این تاثیرات بر نور ساطع شده از اجرام قابل اندازه گیری است؟

البته هیچ راهی وجود ندارد تا بتوان با معادلات فیزیک و ریاضی تاثیر سناریو اول را بر میزان تغییر در نور محاسبه کرد. خب می توان با در نظر داشتن تئوری نسبیت انیشتین به چندین راه حل رسید اما جواب های واضحی در کار نیستند. کیهان ما پر از اجرام است و ما نمی دانیم دقیقا چه اتفاقی در آن می افتد. در واقع نمی دانیم که بالاخره تغییر در نور نتیجه تاثیر کدام سناریو است. البته جدایی از این گسترش و تاثیر آن بر تغییر رنگ نور و طول موجش فهمیده ایم که چیزی در کار است به نام «سرعت عجیب و غریب». این سرعت به حرکت اجرام موجود در فضا بر میگردد و خود حرکت هم بستگی به تاثیر نیروی جاذبه و نیروی ماده دارد. البته تاثیر نیروهای دیگری که در فضا هستند و ما هنوز نمی شناسیمشان را هم نباید ندید گرفت.

نتیجه قاطعانه این بررسی ها….

هر تغییری که در طول موج ساطع شده از جرمی در فضا ببینیم ناشی از هر دوی این علل خواهد بود. یعنی گسترش کهکشان و حرکت اجرام در دل فضا! هر چقدر هم که تغییر در نوری را بررسی کنیم نخواهیم فهمید که این تغییر در اثر حرکت کیهانی است یا نه؟ اما در کل با بررسی تعداد بی شماری اجرام که در فاصله های بسیار دوری از ما قرار دارند می توانیم بفهمیم که این هستی ثابت نیست و بالاخره پای تغییر و تکاملی در کار است.

مطلب پیشنهادی: کشف کهکشان باستانی عجیب ؛کمکی به یافتن راز های تشکیل جهان! 

پیش بینی های نسبیت انیشتین درست هستند

برای چنین تغییر و تکاملی هم گواه هایی داریم. همان طور که برای اولین بار در سال 1960 به این نتیجه رسیدیم که هستی در حال گسترش است، بعد ها به این نتیجه هم رسیدیم که تمام پیش بینی های نظریه نسبیت در مورد فضایی پر شده از میزان متناسبی ماده و انرژی درست است. وقتی فهمیدیم که هستی با چه چیزی پر شده و چطور گسترش پیدا می کند ثابت شد که نسبیت انیشتین و همه پیش بینی هایش هم درست هستند. بر این اساس توانستیم بفهمیم که هستی چقدر بزرگ است، فواصل تا چه اندازه هستند، سرعت گسترش چقدر است، این سرعت در گذشته چقدر بوده است و در آینده به چه میزان خواهد رسید.

مثالی عالی برای درک موقعیت مان در کیهان

اگر داستان از این قرار باشد و نسبیت انیشتین و پیش بینی هایش درست باشد ما با یک هستی شروع شده از یک نقطه که بعدها منفجر شده و تا به امروز در حال گسترش است مواجه نیستیم. به جای آن با خمیری پف کرده و پر شده با کشمش رو به رو هستیم. اگر شما را به عنوان جرمی متمرکز شده با جاذبه در نظر بگیریم، درست مانند یک کهکشان، نقشتان در مثال بالا مانند کشمش خواهد بود.

خمیر دورتان هم در نقش فضا خواهد بود. وقتی خمیر پف می کند دانه های کشمش هم از هم فاصله می گیرند. یعنی خود کشمش ها درون خمیر حرکتی ندارند. به عبارت دیگر هر دانه کشمش خودش را در فضا ثابت می بیند، اما کشمش های دیگر را هم می بیند که در حال دور شدن از او هستند. در این صورت این طور به نظر می آید که کشمش های دورتر با سرعت بیشتری دور می شوند.

پاسخی برای مهم ترین سوالات مان در مورد کیهان

حالا به این سوال می رسیم که از کجا بفهمیم این خمیر پر از کشمش چقدر بزرگ است؟ از کجا بفهمیم ما در کجای این خمیر پر از کشمش قرار داریم؟ و مهم تر از همه اینکه مرکز این خمیر پر از کشمش یا مرکز جهان کجاست؟ این سوالات تنها زمانی قابل جواب دادن هستند که بتوان از گوشه این خمیر به آن نگاه کرد. و از آنجایی که ما نمی دانیم گوشه این خمیر کجاست پس نمی توانیم جوابی هم به این سوال ها بدهیم.

در واقع تا آنجایی که ما قابلیت رویت داریم این کیهان یکدست و شبیه به هم است. یعنی همان طور که در ابتدای این مطلب گفتم شاید از هر 30000 قسمت 1 قسمتش کمی متفاوت باشد. بیگ بنگ که 8/13 میلیارد سال پیش اتفاق افتاده به ما این امکان را می دهد که به اندازه 46 میلیارد سال نوری از هر طرف به گذشته نگاه کنیم و حتی در این فاصله زمانی هم همه چیز ثابت به نظر می رسد. در این فاصله به پاسخی برای سوال های زیر نخواهیم رسید!

سوال هایی که بی پاسخ ماندند…

• این خمیر ورم کرده که نمودی از کیهان ماست چقدر بزرگ است؟
• کیهانی که برای ما قابل رویت نیست تا چه اندازه می تواند بزرگ باشد؟
• تراکم و انباشتگی کیهان غیر قابل رویت چقدر است؟
• شکل کیهان چگونه است؟
• آیا نقطه نهایتی هم برایش هست؟
• آیا مرکزی هم برایش وجود دارد؟
• ما در کجای این کیهان قرار داریم؟

مرتبط: آیا جهان بی نهایت و نامحدود است؟

دیدگاه ما به کیهان به عنوان دانه ای کشمش

تنها چیزی که در حال حاضر می دانیم این است که هستی به شدت با نظریه نسبیت انیشتین سازگاری دارد. ما هم درست مانند هر دانه کشمش در این خمیر ورم کرده هستیم و درست مانند هر دانه کشمش دیگری این طور تصور می کنیم که دانه های کشمش دیگر در حال دور شدن از ما هستند. و در نهایت هم این طور نتیجه گیری میکنیم که خب! پس حتما ما در مرکز جهان هستیم که همه از ما دور می شوند

دانسته های ما از موقعیت مان در کیهان

پس همگی باید بدانیم که ما در مرکز نیستیم. تنها چیزی که می توان در موردش مطمئن بود این است که اجرامی که در کنار ما هستند بسیار قدیمی هستند. این در حالی است که اجرام دورتر بسیار جوان تر هستند. سرعت گسترش در اجرام نزدیک در حال حاضر کمتر از سرعت اجرام در فواصل دورتر است. علاوه بر این نوری که از اجرام نزدیک تر به ما می رسد قرمز گرایی کمتری دارد. یعنی نسبت به اجرام دورتر کمتر تحت تاثیر نیروهای گسترش کهکشانی و حرکت خود اجرام قرار گرفته است.

نور باستانی تصاویری باستانی ارائه خواهد داد

علت این امر در سرعت ارسال سیگنال اجرام است. در واقع هیچ جرمی نمی تواند سریع تر از سرعت نور سیگنالی بفرستد. نوری که از این اجرام دریافت می کنیم نوری است که مدتها پیش از این از اجرام ساطع شده و حالا به ما رسیده است. پس وقتی در فضا به گذشته نگاه می کنیم در واقع در زمان هم به عقب برمی گردیم و اجرام را در همان زمانی که نور را از خودشان ساطع کردند می بینیم. یعنی؛ اجرام را در گذشته می بینیم. وقتی که جوانتر بوده و به زمان بیگ بنگ نزدیک تر بودند. وقتی که هستی داغ تر و متراکم تر بود و با سرعت بیشتری گسترش پیدا می کرد. پس در این صورت نوری که به ما رسیده و این زمان را در سفر بوده حتما طول موج بالایی هم خواهد داشت.

چرا به هر سمت از کهکشان که نگاه می کنیم همه چیز را شبیه به هم می بینیم؟

 اگر می خواهیم بدانیم چرا به هر سمت از کهکشان که نگاه می کنیم همه چیز را شبیه به هم می بینیم فقط باید در یک جا دنبال جواب بگردیم . آنهم جایی نیست جز پس زمینه داغ مایکروویو که بقایای امواج به جا مانده از بیگ بنگ است. هر جایی از فضا را که بررسی کنیم خواهیم دید که میزان تابش در آن چیزی به اندازه 7255/2 K است.

اما همان طور که قبلا هم گفتم دما در نقاط مختلف متفاوت است و این تفاوت از چند ده تا چند صد میکروکلوین است. این تفاوت ناچیز با آن قضیه مشابه بودن همه جای هستی هم هم خوانی دارد. اگر یادتان باشد قبلا هم گفته ام که از هر 30000 نقطه تنها 1 نقطه متفاوت است. این در حالی است که تنها یک نقطه از سایر نقاط گرم تر است. بله! درست حدس زده اید. آن نقطه جایی نیست جز نقطه ای دو قطبی در پس زمینه داغ مایکروویو!  

تفاوت در پس زمینه داغ مایکرویو چه علتی دارد؟

اما چه چیزی موجب شده که چنین تفاوتی در نقطه دو قطبی پس زمینه داغ مایکروویو وجود داشته باشد؟ ساده ترین توضیحی که می توان برای چنین اختلاف دمایی ارائه داد به بخش اول مطلب بر می گردد؛ یعنی به حرکت ما در کیهان! در واقع ما باید با سرعتی در حرکت باشیم که به هر جایی از کهکشان که نگاه می کنیم آن تشابه گفته شده را ببینیم. در واقع ما به سرعت درست نزدیکیم اما کمی کندتر هستیم. این نقطه دوقطبی در پس زمینه داغ مایکرویو زمانی با همه جا هم دما خواهد بود که ما کمی سریع تر حرکت کنیم یا اینکه به اندازه 17 میلیون سال نوری دورتر باشیم. پس همه چیز به مکان ما بستگی دارد و سرعت حرکت مان. در نظر داشته باشید که با این وابستگی به سرعت حرکت و مکان چطور می توان تعریفی درست از مرکز کیهان ارائه داد؟؟؟

مکان ما تعیین کننده دید ماست!

در واقع مشکل این جاست که هر جایی از کیهان که قرار داشته باشید در زمان خاصی نسبت به بیگ بنگ قرار دارید؛ یعنی مکان شما تعیین کننده فاصله زمانی خاص شما از بیگ بنگ است. هر چیزی که شما می بینید بستگی به نوری دارد که از آن زمان در بیگ بنگ ساطع شده و به شما می رسد. به عبارت دیگر باید تغییرات نور در اثر حرکت اجرام و گسترش کیهان را در نظر داشته باشید؛ فاصله ای که نور طی می کند تا به شما برسد را در نظر داشته باشید و در نهایت بدانید که تصویری که این نور به شما می دهد دستخوش چه فاکتورهایی شده تا به شما برسد!

مطلب مرتبط: آغاز جهان چه بوده است؟ بیگ بنگ یا تورم کیهانی؟

بستگی به لوکیشنی از فضا که در آن قرار دارید ممکن است دو قطبی ببینید که در پس زمینه داغ میکروویو قرار دارد و امواجی از آن زمان دریافت کنید. اما وقتی در سرعت تان تغییری ایجاد شود، که می شود و لوکیشن تان تغییر کند، که میکند دیدتان هم به فضا تغییر خواهد کرد.

دید ما در کیهان به چه چیزهایی بستگی دارد؟

ما از دید خودمان در مرکز کیهان قرار داریم چون در لوکیشنی خاص قرار داریم و نور با طی زمانی خاص به ما می رسد. یعنی زمان خاصی از بیگ بنگ را می توانیم ببینیم. پس دیدمان به فضا محدود است. آن هم از هر طرف! آن بخش از کیهان که برایمان قابل رویت است به لوکیشن ما، فاصله زمانی مان از بیگ بنگ و سرعت حرکت مان بستگی دارد و البته بخش بسیار بسیار کوچکی از چیزی است که در واقع وجود دارد.

دانسته ها و ندانسته هایمان در این مورد

کیهان ممکن است خیلی بزرگ باشد، ممکن است با هستی نامحدود رو در رو باشیم؛ ما هیچ چیز در این مورد نمی دانیم. تنها چیزی که در موردش مطمئن هستیم این است که کیهان در حال گسترش بوده و نوری که از آن ساطع می شود طول موجش بلند و بلند تر و تراکمش کمتر می شود. این یعنی اجرام بیشتری از گذشته برایمان پدیدار می شوند. پرسش در مورد مرکز جهان یا مرکز کهکشان پرسشی بسیار بزرگ است و قاطع ترین جوابی که به این سوال می توان داد این است که اصلا مرکزی وجود ندارد؛ شاید هم این جواب قاطع ترین نتیجه گیری ممکن باشد!