اندازه و شکل جهان از سوالهای بنیادی اخترشناسی به حساب میآیند که در پاسخ به آنها دانشمندان میتوانند تخمینهایی از ابعاد کیهان داشته باشند، اما قادر به شناسایی و اعلام عددی دقیق در این رابطه نیستند. در ادامه برخی روشهای اندازهگیری کیهان، فرضیههای مربوط به آن و شکل کیهان را بررسی میکنیم.
در همین رابطه بخوانید: آیا میدانید چه پدیدههای عجیبی در کیهان رصد شدهاند؟
در سال ۲۰۱۳، فضاپیمای پلانک (Planck) آژانس فضایی اروپا (ESA) دقیقترین نقشه از نورهای کهن کیهان را منتشر کرد که نشان میداد جهان ۱۳/۸ میلیارد سال عمر دارد. ماموریت پلانک سن کیهان را با مطالعه تابش زمینه کیهانی که تابشی الکترومغناطیسی در سراسر کیهان است، محاسبه کرده بود.
به دلیل ارتباط بین مسافت و سرعت نور، دانشمندان میتوانند به ناحیهای از فضا که ۱۳/۸ میلیارد سال نوری از ما دورتر است، نگاه کنند. درست مثل یک کشتی در وسط اقیانوس، اخترشناسان میتوانند تلسکوپ خود را بچرخانند و در هر جهت تا شعاع ۱۳/۸ میلیارد سال نوری را ببینند. بدین ترتیب زمین در کرهای به شعاع ۱۳/۸ میلیارد سال نوری قرار میگیرد که به آن جهان قابل مشاهده میگویند. این کره چیزی را که دانشمندان میتوانند ببینند دربرمیگیرد، نه چیزی که واقعا وجود دارد!
با اینکه این کره در ظاهر حدود ۲۸ میلیارد سال نوری قطر دارد، در حقیقت بسیار بزرگتر است. همزمان که دانشمندان نقطهای را در فاصله ۱۳/۸ میلیارد سال نوری و متعلق به زمان انفجار بزرگ (بیگ بنگ) میبینند، باید انبساط کیهان را نیز در نظر گرفت.
به گفته ایتان سیگل (Ethan Siegel)، اخترشناس آمریکایی، اگر این انبساط در طول عمر جهان با یک نرخ ثابت رخ داده باشد، همان نقطه در حال حاضر ۴۶ میلیارد سال نوری از ما فاصله خواهد داشت. در این صورت قطر جهان قابل مشاهده به ۹۲ میلیارد سال نوری میرسد. این در حالی است که بسیاری از دانشمندان گمان میکنند نرخ انبساط در حال کاهش باشد.
کیهان چگونه اندازهگیری میشود؟
دانشمندان اندازه کیهان را با روشهای بسیار متنوعی اندازه میگیرند که تفاوت در این روشها میتواند پاسخهای متفاوتی نیز ارائه دهد. آنها میتوانند امواج کیهان اولیه موسوم به نوسانهای آکوستیک باریونیک (BAO سرواژه Baryonic Acoustic Oscillations) را اندازهگیری کنند که پشت تابش زمینه کیهانی را پر میکنند. نوسانهای آکوستیک باریونی، نوسانهایی در چگالی ماده باریونی (ذرههای بنیادی مثل پروتونها، نوترونها و الکترونها) قابل مشاهده در جهان بوده که ناشی از امواج چگالی صوتی در پلاسمای جهان اولیه است.
آنها همچنین میتوانند از شمعهای استاندارد، مثل ابرنواخترهای نوع یکم ای (Type Ia Supernova)، برای تخمین مسافت استفاده کنند. ابرنواختر نوع یکم ای در آن دسته از منظومههای دوتایی (دو ستاره چرخان به دور یکدیگر) دیده میشود که در آنها یکی از ستارهها یک کوتوله سفید (White Dwarf) است.
گروهی از دانشمندان در دانشگاه آکسفورد (University of Oxford) انگلستان به جای استفاده از یکی از روشهای اندازهگیری، به تحلیل آماری تمام نتایج پرداختند. آنها دریافتند که کیهان حداقل ۲۵۰ برابر بزرگتر از جهان قابل مشاهده است یا حداقل ۷ تریلیون سال نوری قطر دارد! به گفته ستارهشناسان اما این عدد بزرگ در واقع محدودتر از مدلهای دیگر است.
شکل جهان چگونه است؟
اندازه جهان تا حد زیادی به شکل آن بستگی دارد. دانشمندان احتمالهای مختلفی را از جمله یک کره بسته یا باز با انحنای منفی مثل زین اسب و همچنین تخت و باز را پیشبینی کردهاند. یک جهان بسته ابعادی محدود دارد و قابل اندازهگیری است، اما یک جهان باز اندازهای ندارد.
به گفته ناسا، دانشمندان میپندارند که کیهان به احتمال زیاد تخت است و گسترهای نامحدود دارد؛ با این حال، از آنجا که کیهان سنی محدود دارد، دانشمندان تنها میتوانند بخشی از آن را مشاهده کنند.
طبق گفته محققان دانشگاه اورگن (University of Oregon) آمریکا، کیهان به ظاهر بیپایان، مانند یک تالار آینه میتواند دانشمندان را فریب دهد. کیهان میتواند در حقیقت محدود باشد. توهم بینهایت بودن احتمالا ناشی از این بوده که شاید نور بیش از یک بار کیهان را پیموده و از هر کهکشان چند تصویر تولید کرده است.