یک نظریه جدید سن جهان را دو برابر می کند و وجود ماده تاریک را زیر سوال می برد

نتایج اولیه این ماموریت در سال 2013 منتشر شد و در سال 2018 نهایی شد. مشاهدات زمینی تلسکوپ نجومی آتاکاما در شیلی بعداً به عدد مشابهی رسید. هر دو نتیجه با مدل استاندارد کیهان شناسی، معروف به ماده تاریک لامبدا سرد (ΛCDM) سازگار است. اما یک مشکل اساسی وجود دارد: این تخمین به وجود ماده تاریک و انرژی تاریک بستگی دارد. دو پدیده ای که تاکنون به طور مستقیم شناسایی نشده اند.

نظریه نور خسته چگونه سن جهان را تغییر می دهد؟

اگر بخواهیم سن کیهان را فقط بر اساس ماده و انرژی قابل اندازه گیری محاسبه کنیم، چه چیزی بدست می آوریم؟ راجندرا گوپتا و نیکولاس ساماراس، فیزیکدانان دانشگاه اتاوا، دقیقاً این سؤال را مطرح کرده اند. آنها که از نظریه های مربوط به ماده نامرئی و انبساط ناشی از انرژی کشف نشده ناراضی بودند، چارچوب کیهانی جدیدی به نام ثابت های جفت کوواریانس به اضافه نور خسته (CCC+TL) پیشنهاد کردند.

در این مدل، تنها کمیت های اندازه گیری شده بر حسب واحد طول همراه با یکدیگر در طول زمان کیهانی تغییر می کنند و ثابت های بدون بعد ثابت می مانند. محققان بررسی کردند که آیا این نظریه می تواند هسته انفجار بزرگ را توضیح دهد، فرآیندی که طی آن اولین عناصر نوری جهان در اولین دقایق پس از انفجار بزرگ شکل گرفتند. نتایج نشان داد که این مدل می تواند از عهده چنین کاری برآید. نکته شگفت انگیز این است که طبق محاسبات آنها، سن جهان به 26.7 میلیارد سال می رسد. رقمی که تقریباً دو برابر برآورد استاندارد است.

در مقاله ای که اخیراً در مجله Universe منتشر شده است، محققان در مورد مبانی نظریه خود نوشتند:

در این چارچوب، فقط کمیت‌هایی با ابعاد طول معین از طریق یک تابع مقیاس‌بندی جهانی با یکدیگر مقیاس می‌شوند. در حالی که ثابت های بدون بعد و نسبت های بدون بعد بدون تغییر باقی می مانند. این مدل همچنین تضمین می‌کند که پیش‌بینی‌های هسته‌بندی بیگ بنگ همچنان پابرجا هستند.

در سال 1929، ادوین هابل، ستاره شناس مشهور و نام تلسکوپ فضایی هابل، به کشف مهمی دست یافت. او دریافت که هر چه یک کهکشان از زمین دورتر باشد، نور آن بیشتر به سمت قسمت قرمز طیف تغییر می کند. بیشتر ستاره شناسان این پدیده را که به قرمز انتقال می‌گویند نشانه انبساط کیهان می‌دانستند.

در همان سال، ستاره شناس دیگری به نام فریتز زویکی، توضیح متفاوتی را ارائه کرد که به نظریه نور خسته معروف شد. بر اساس این فرضیه، نور در طی مسافت های بسیار طولانی به تدریج انرژی خود را از دست می دهد. بنابراین، نور کهکشان های دورتر به دلیل مسافت بیشتری که طی کرده است، وقتی به زمین می رسد قرمزتر به نظر می رسد. اکثر کیهان شناسان این نظریه را چندین دهه پیش رها کردند، اما گوپتا نسخه جدیدی از آن را در چارچوب مدل CCC+TL احیا کرده است.

با این رویکرد، گوپتا و ساماراس دیدگاه پذیرفته شده کیهان شناسی را به چالش می کشند. در مدل استاندارد ΛCDM، پلاسمای داغ جهان اولیه منبسط و سرد شد و سپس ماده معمولی یا باریونی در هاله‌های ماده تاریک عظیم جمع شد و کهکشان‌ها را تشکیل داد. در این مدل انرژی تاریک عامل تسریع انبساط کیهان در نظر گرفته شده است.

اما نظریه CCC+TL هر دو فرضیه را رد می کند. این مدل به جای تکیه بر ماده تاریک و انرژی تاریک، معادلات استاندارد گرانش و انبساط را اصلاح می کند. علیرغم این تغییرات، هنوز هم قادر به بازتولید الگوی انبساط مشاهده شده جهان و مقادیر هیدروژن، هلیوم و سایر عناصر سبک تشکیل شده در دقایق اولیه پس از انفجار بزرگ است.

این نظریه همچنین می تواند منحنی های چرخش کهکشانی را توضیح دهد. این منحنی ها سرعت چرخش ستارگان و گازها را در فواصل مختلف از مرکز یک کهکشان اندازه گیری می کنند و یکی از شواهد مهم در بحث وجود ماده تاریک است.

گوپتا در مقاله‌های قبلی خود استدلال کرده است که مدل CCC+TL می‌تواند به مشکلاتی پاسخ دهد که باعث شده بود نظریه نور خسته‌شده در گذشته کنار گذاشته شود. از جمله موضوع اتساع زمان.

در یک جهان در حال انبساط، نور ابرنواخترهای دوردست در طول زمان کشیده می شود. به همین دلیل، این ستاره‌باران‌ها کندتر از نمونه‌های اطراف روشن و خاموش می‌شوند. مدل های ساده نظریه نور خسته توضیح مناسبی برای این پدیده ارائه نمی دهند.

پدیده اتساع زمان از نظریه نسبیت اینشتین سرچشمه می گیرد. از آنجایی که سرعت نور همیشه ثابت می ماند، ناظران با سرعت های متفاوت گذر زمان را به یک شکل تجربه نمی کنند. برای شخصی که با سرعت بسیار بالا حرکت می کند، زمان کندتر از فردی که در حال ایستاده است می گذرد.

به همین دلیل، فضانوردان ایستگاه فضایی بین‌المللی که با سرعتی در حدود 28000 کیلومتر در ساعت به دور زمین می‌چرخند، کمی کندتر از انسان‌های روی سطح زمین پیر می‌شوند.

گوپتا معتقد است که نظریه جدید او بهتر عمل می کند، زیرا به جای جایگزینی آن با انبساط کیهانی، اثر نور خسته را در کنار انبساط کیهانی در نظر می گیرد.

عمر جهان 26.7 میلیارد سال است. مفاهیم نظریه جدید

ماده تاریک و انرژی تاریک تاکنون برای توضیح پدیده هایی استفاده شده است که بدون آنها غیرقابل توضیح به نظر می رسد. نظریه CCC+TL تلاش می کند تا همین مشاهدات را با استفاده از تغییرات اصلاح شده در اثرات گرانشی توضیح دهد.

این مدل همچنین به طور قابل توجهی جدول زمانی جهان را تغییر می دهد. گوپتا در مقاله ای که در سال 2023 منتشر کرد، با استفاده از نظریه CCC+TL، سن جهان را 26.7 میلیارد سال تخمین زد.

پذیرش چنین عصری به این معنی است که کهکشان های اولیه میلیاردها سال زمان بیشتری برای شکل گیری و تکامل داشتند. این می تواند رصد کهکشان های به طرز شگفت انگیزی بالغ را در کیهان اولیه توضیح دهد. همچنین، شاید بتواند رمز و راز ستاره متوشالح را روشن کند. ستاره ای که بر اساس برخی تخمین های سنی به نظر می رسد حتی از خود کیهان پیرتر باشد.

ساماراس و گوپتا در مورد اهمیت حفظ نتایج موفق مدل استاندارد در نظریه های جایگزین نوشتند:

لازمه اساسی هر نظریه کیهان شناسی جایگزین، حفظ دستاوردهای تجربی مهم هسته زایی استاندارد بیگ بنگ است.

آنها در ادامه نتیجه گرفتند:

مدل CCC+TL با مشاهدات هلیوم اولیه و سایر عناصر نوری بر اساس پیش‌بینی‌های انفجار بزرگ سازگار است.

با وجود این ادعاها، نظریه جدید هنوز با دیدگاه رایج در جامعه علمی فاصله دارد. با وجود ناشناخته های فراوان، اکثر کیهان شناسان هنوز مدل ΛCDM را بهترین چارچوب برای توضیح طیف وسیعی از مشاهدات می دانند. از تشعشعات پس زمینه کیهانی گرفته تا نحوه پراکندگی کهکشان ها در آسمان.

بنابراین تئوری CCC+TL برای جلب اعتماد جامعه علمی به آزمایش ها و بررسی های بسیار بیشتری نیاز دارد.