سن جهان

ثابت هابل مى تواند زمانى که از انفجار بزرگ مى گذرد و اندازه قسمتى از جهان را که براى ما قابل رؤیت است، تعیین کند. مدت زمانى که از انفجار بزرگ مى گذرد، به سرعت گسترش کنونى جهان ونیز سرعت گسترش آن درگذشته بستگى دارد. گرانش حاصل از وجود ماده رشد یافتن جهان راکند مى کند - مانند توپى که وقتى به آسمان پرتاب مى شود نیروى جاذبه زمین سرعتش را کم مى کند- دانشمندان چند دهه است که براى یافتن این شتاب منفى تلسکوپ هایشان را به انتهاى محدوده جهان قابل رؤیت نشانه رفته اند. این افراد امیدوارند با اندازه گرفتن میزان کندشدن گسترش جهان، سرنوشت آن را مشخص کنند. آیا این کند شدن براى معکوس کردن گسترش و در نتیجه جمع شدن دوباره جهان کافى است؟ نشانه هاى به دست آمده از رصدها و تئورى هاى نظرى ۵سال اخیر، کیهان شناسان را به این تفکر سوق داده که جهان از ماده اى با چگالى بحرانى Critical density تشکیل شده است.

پارامترى که مى تواند گسترش جهان را بدون اینکه جمع شدن دوباره اش را تسریع بخشد، آهسته کند. این نظریه یک تناقض به وجود مى آورد. سنى که با ترکیب اندازه ثابت هابل و این میل به قرمز براى جهان تخمین زده مى شد ۹ میلیارد سال بود، در حالى که پیرترین ستارگان در کهکشان راه شیرى ۱۴-۱۳ میلیارد ساله اند! در دهه ۱۹۹۰ با به کارگیرى ترکیبى از تکنولوژى (دوربین هاى CCD ۱۰۰مگا پیکسلى) و یک شاخص دقیق در فاصله اى دور «ابرنواخترهاى نوع Ia) بالاخره شتاب منفى جهان اندازه گیرى شد. اما این به معنى پیدا کردن این شتاب منفى نبود! چراکه در سال ۱۹۹۸ دو گروه به رهبرى لارنس بروکلى و سالپرلماتد پى بردند که نور ابرنواخترهایى که در فاصله چندین میلیارد سال نورى قرار دارند، کمتر از مقدارى است که براى جهانى باشتاب منفى و با چگالى بحرانى صدق مى کند. نتیجه تلویحى این کشف غیرمنتظره این بود:
گسترش جهان در حقیقت در حال سرعت گرفتن است. با اینکه غبار بین کهکشانى و تکامل ابر نواختر هم مى تواند باعث این کاهش نورشود، آزمایشات زیادى تاثیر این پارامترها را برروى کم شدن نور این ابرنواخترها رد کرده اند. ظاهراً جهان واقعاً در حال سرعت گرفتن است. تا وقتى که قدرت جاذبه با مجموع چگالى ماده در جهان و فشارى که از هر سانتیمتر مکعب به وجود مى آید نسبت مستقیم دارد، مى توان این کشف را با نظریه اینشتین توجیه کرد. فشار منفى عظیم موجود در جهان (چیزى که کیهان شناسان به آن خاصیت کشسانى فضا - زمان مى گویند) مى تواند اثر دافعه گرانشى ایجاد کند، که این براى سرعت بخشیدن به گسترش جهان کافى است. رصد ابرنواخترها مدارکى مبنى بر وجود ماهیتى کشسان و عجیب به دست مى دهد که آن را انرژى تاریک نامیده اند. انرژى تاریک که تا یک دهه قبل از طرف بیشتر کیهان شناسان رد مى شد، اکنون به نظر مى رسد که بیش از دوسوم ذخیره جرم _ انرژى کیهانى را تشکیل مى دهد.

این کشف شگفت آور باعث شد که کیهان شناسان در تفکرشان در مورد سرنوشت نهایى جهان تغییراتى دهند. اگر جهان تنها از ماده تشکیل شده بود، سرنوشت آن تنها از روى انحناى فضایى آن قابل تشخیص دادن بود. یک جهان بسته (که داراى انحناى مثبت است) سرانجام جمع شده و فرو مى ریزد. در حالى که یک جهان تخت یا باز ( که داراى انحناى منفى است) تا ابد گسترش مى یابد. البته انرژى تاریک هر دو احتمال _ گسترش ابدى و فروریزى نهایى - را براى جهان ظاهراً تخت ما پیش بینى مى کند.

در اینجا هندسه جهان دیگر به پیش بینى سرانجام آن کمکى نمى کند. تا وقتى که انرژى تاریک کاملاً شناخته شود، پایان کار جهان ما بلاتکلیف خواهد ماند. گرچه اگر گسترش جهان تا ۳۰ میلیارد سال دیگر به سریع تر شدن خود ادامه دهد، آسمان از کهکشان خالى خواهدشد(به جز چند کهکشان در خوشه کهکشانى سنبله). درحالى که گرانش جاذبه اى ماده عمدتاً سیاه جهان، گسترش آن را کندتر مى کند، گرانش دفعى (شتاب منفى) که در اثر انرژى سیاه به وجود آمده سعى در سرعت بخشیدن به آن را دارد. بنابراین اندازه گیرى مقادیر انرژى و ماده تاریک به ما اجازه مى دهد فیلم کیهانى را تا زمان به وجود آمدن آن عقب ببریم و زمان شروع آن را دریابیم .براى جهان مطلوب امروزى- جهانى تخت با ثابت هابل ۷۱ تا ۷۲ و نسبت ماده تاریک به انرژى سیاه سه به هشت - زمان انفجار بزرگ حدود ۵/۱۳ میلیارد سال پیش است که البته ۱۰ درصد احتمال خطا براى آن در نظر گرفته مى شود.

روش هاى دیگر اندازه گیرى عمده جهان نیز این رقم را تایید مى کنند. بهترین این روش ها، روشى است که در آن عمر پیرترین ستارگان راه شیرى که در خوشه هاى کروى قرار دارند، اندازه گیرى مى شود. مدل هاى اخیر کامپیوترى عمرى حدود ۵/۱۲ میلیارد سال را براى ستارگان موجود در این خوشه ها تخمین مى زنند. (باز هم با خطاى ده درصد) پیدایش این ستارگان قدیمى بیشتر از یک میلیارد سال طول نکشیده است که با اضافه کردن این مقدار به عمر ستارگان نتیجه اى با مطابقت دلخواه با عمر گسترش جهان به دست مى آید. از کرونومترهاى کیهانى دیگر مانند کوتوله هاى سفید و ایزوتوپ هاى رادیواکتیو نیز نتایج مشابهى به دست آمده است.