تعیین سرنوشت جهان و چگالی بحرانی
?از جمله مواردی که در کیهانشناسی همواره مطرح میشود، سرنوشت نهایی جهان است. جهانی که میدانیم بصورت شتابدار در حال انبساط است. اما این تا کجا ادامه خواهد داشت و حتی پاسخ به این پرسش از چه اهمیتی برای تخمین سرنوشت جهان برخوردار است؟
? برای درک بهتر این موضوع باید به این نکته توجه داشت:
?میدانیم جهان در حال انبساط است. و همچنین این انبساط سبب گریز کهکشان ها و تمام مواد تشکیل دهنده جهان از یکدیگر میشود. از طرفی میدانیم این ماده است که سبب بوجود آمدن گرانش میشود. گرانشی که در نقطه‌ی مقابل این انبساط شتاب دار جهان قرار دارد. حال سرنوشت نهایی جهان بر این موضوع دلالت دارد که بدانیم در نهایت کدام یک از این دو پیروز خواهند بود؟
گریزش ماده در اثر انبساط یا تجمع نهایی آن در اثر گرانش؟
?برای پاسخ به این پرسش، کیهانشناسان مفهومی بنام چگالی بحرانی را تعریف کردند که به سبب آن میتوان حدس زد در نهایت کدام یک از این عوامل پیروز خواهد شد. چگالی بحرانی مقدار ثابتی است که از آن با نماد امگا یاد میشود و با توجه به آن میتوان متوجه شد که جهان از چه شکل هندسی برخورد دار است. شکل هندسی جهان با توجه به این چگالی که میزان تجمع ماده در واحد حجم فضا را نشان میدهد، قابل تشخیص است که با توجه به تقسیم بندی این مقدار چگالی که در ادامه به تشریح آن میپردازیم، سه حالت میتواند اتخاذ کند:
۱-کروی ۲-تخت ۳-خمیده
?اگر چگالی جهان از یک حد بحرانی بیشتر باشد، آنگاه گرانش این مواد قادر است از گسترش بیشتر جهان جلوگیری کرده و باعث شود دوباره بر روی خود سقوط کند و شکل جهان به حالت کروی میل میکند. از سوی دیگر، اگر مقدار چگالی از یک حد بحرانی کمتر باشد، آنگاه گرانش تنها میتواند سرعت گسترش جهان را، در حد ثابتی، آهسته‌تر کند ولی هرگز باعث توقف آن نخواهد شد و حالت خمیده لحاظ میشود.
?در این‌حالت جهان تا ابد به گسترش خود ادامه خواهد داد. عجیب است که بسیاری از کیهانشناسان دلایلی دارند که می‌گوید چگالی باید دقیقاً در همان حد بحرانی باشد!! یعنی نوعی حالت تعادل بین جهانی که زمانی دوباره برروی خود سقوط میکند و جهانی که تا ابد گسترش پیدا خواهد کرد.
? در این‌حالت چگالی جهان چنان خواهد بود که گرانش سرعت انبساط آن را آهسته‌تر میکند، تا اینکه سرانجام زمانی این انبساط متوقف شود. ولی درعمل اینکار باید تا ابد طول بکشد، تا هیچگاه فرصتی برای سقوط مجدد پیش نیاید. این چیزیست که با یک جهان تخت مطابقت دارد، جهانی که نه باز است و نه بسته!!! چگونه کیهان شناسان به این باور رسیده‌اند که این چنین رویداد نامحتملی امکان پذیر است و چرا باید خواستار چنین چیزی باشند؟
?حقیقت این است که، تا آنجا که تلسکوپ‌های ما قادرند ببینند، جهان مطلقاً تخت بنظر می‌رسد. هیچگونه انحناء مثبت یا منفی در آن دیده نمی‌شود. این یک مشکل اساسی را برای کیهان شناسان بوجود آورده بود، زیرا باور کردن این مسئله مشکل بود که در جهان دقیقاً به اندازه‌ای ماده هست که فضا را بصورتی کاملاً هموار نگاه دارد.
?اگر این مورد صحت داشت آنگاه گرانش همیشه در برابر انبساط ترمزی ایجاد کرده و پیوسته در حال آهسته کردن آن بوده است. این مورد با یک جهانِ بازِ خمیدهِ منفی (با چگالی کمتر از مقدار بحرانی) فرق دارد، زیرا در یک جهان باز، گرانش تا حد ثابتی از سرعت گسترش کم میکند ولی گسترش تا ابد ادامه خواهد داشت.
?بیشتر کیهانشناسان عقیده دارند که مسئله تخت بودن فضا را میتوان با پدیده‌ای به نام «تَورم» توضیح داد. یک توضیح ساده برای تخت بودن فضایی که ما مشاهده می‌کنیم این است که شاید جهان بزرگتر از آن چیزیست که ما فکرش می‌کردیم. ما بر روی کره زمین هم انحنایی را مشاهده نمی‌کنیم، زیرا که تنها سطح کوچکی از آن برای ما قابل مشاهده است. تنها مشکلی که در این استدلال وجود دارد این است که بنظر نمی‌رسد جهان به اندازه‌ای عمر داشته باشد تا به چنین حدی از بزرگی رسیده باشد.
? بنابراین پنداشته میشود که هنگامی که جهان فقط کسری از ثانیه عمر داشت، در طی مدتی بسیار کوتاه، دستخوش چنان تحولاتی شد که یکباره اندازه آن به یک تریلیون تریلیون تریلیون تریلیون برابر اندازه قبلی آن رسید. این عدد بطور باورنکردنی بزرگ است و اگر بخواهیم آن را بنویسیم باید در جلو یک ۴۸ صفر بگذاریم! بنابراین، جهان می‌توانسته قبل از این دوره تورم دارای انحناء زیادی بوده باشد و سپس در زمانی کوتاه‌تر از یک چشم بهم زدن، به چنان رشدی رسیده که ما، هراندازه هم که با عمق بیشتری در فضا نگاه کرده‌ایم، هرگز قادر نبوده‌ایم انحنایی را در آن مشاهده کنیم.
?بنابراین در این مدل تورمی از عالم، لازم است تا چگالی ماده در جهان بسیار به حد بحرانی، که موجب بوجود آمدن یک جهان تخت میشود، نزدیک باشد. همانطور که گفتیم، این چگالی با حرف یونانی اُمِگا (که بصورت Ω نوشته میشود) نشان داده میشود. اگر یک جهان تخت، چگالی در حد مقدار بحرانی باشد آنگاه می‌گویم مقدار اُمگا برابر یک است. اگر جهان بسته و دارای انحناء مثبت باشد ما می‌گوییم مقدار اُمگا بزرگتر از یک است، و اگر جهان باز و دارای انحناء منفی باشد، می‌گوییم مقدار اُمگاکوچکتر از یک است.
?اینچنین میتوان فهمید جهان در انتها به چه سرنوشتی دچار خواهد شد. در نهایت گرانش پیروز میشود و فروپاشی بزرگ (Big Crunch) اتفاق خواهد افتاد یا درست عکس آن، انبساط پیروز میدان بوده و با انجماد بزرگ(Big Freeze)روبرو خواهیم بود؟!
