شواهد تجربی انبساط فضا

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
MahdiMohammadzadeh

نام: مهدی محمدزاده

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۱۰/۳۰ - ۲۰:۴۶


پست: 3



شواهد تجربی انبساط فضا

پست توسط MahdiMohammadzadeh »

دوستان سلام، چند تا سوال در مبحث کیهانشناسی برام مطرح هست لطفا راهنمایی کنید:
1 - چه شواهد تجربی وجود دارد مبنی بر اینکه فضا واقعا منبسط می شود؟ چرا و طبق چه مشاهداتی ما دورشدن کهکشان ها و خوشه های کهکشانی را به انبساط فضای میان آن ها نسبت می دهیم. البته می دانم که به دلایل تاریخی، لومتر و هابل مشاهده کردند که تعداد زیادی از کهکشان ها از ما دور می شوند و تعداد بسیار کمی نیز به ما نزدیک می شوند. بنابراین، طبق ملاحظات آماری گفته شد که احتمال اینکه به صورت طبیعی، چنین اتفاقی روی دهد ناچیز است، بنابراین از این پدیده به انبساط عالم تعبیر شد. با این حال، مسلما می دانیم که امکان اینکه این حرکت (دور شدن کهکشان ها)، واقعی باشد، صفر نیست (هر چند موجب تناقض با نسبیت خاص می شود و البته همسانگرد بودن این پدیده نیز مشکل ساز می شود). مثلا می دانید که در ابتدای مطرح شدن ایده انبساط فضا، بر سر منشاء آن اختلاف نظر وجود داشت. زوئیکی، اعتقادی به منبسط شدن فضا نداشت و انتقال به سرخ کهکشان ها را به پدیده خستگی نور نسبت می داد (که البته این نظریه بعدها کنار گذاشته شد) و البته مدل میلن که بدون انبساط فضا بود (و بعد از مدتی کنار گذاشته شد). از نسبیت خاص می دانیم که هیچ جرمی نمی تواند با سرعت نور یا فراتر از آن حرکت کند. همچنین از نسبیت عام می دانیم که فضا، منفعل نیست، بلکه می تواند نقش فعالی داشته باشد و منبسط و منقبض شود. از طرفی، طبق قانون هابل، پیشبینی می شود که کهکشان هایی وجود دارند که با سرعت نور یا سرعت فراتر از نور از ما دور می شوند. در نتیجه، اگر پدیده انبساط فضا را نپذیریم و انتقال به سرخ کهکشان ها را صرفا ناشی از حرکت واقعی آن ها در نظر بگیریم، با نسبیت خاص به تناقض بر می خوریم و البته پیشبینی های نسبیت عام را مبنی بر منعطف بودن فضا نیز نادیده گرفته ایم. اما سوال اینجاست که آیا این ادعا (انبساط فضا) صرفا یک پیشبینی نظری غیر قابل آزمودن (تجربی) است که به عنوان تائیدی برای پیشبینی های نسبیت عام (منعطف بودن فضا) و البته برای حفظ نسبیت خاص (جلوگیری از تناقض حرکت فرانوری کهکشان های دوردست) مطرح شده است؟ بحث من این است که اصلا انبساط فضا به لحاظ عملی، امکان آزمودن دارد؟ چطور می شود انبساط فضا را آزمود در حالیکه به فضای میان کهکشان ها دسترسی نداریم؟ از کجا می توانیم مطمئن باشیم که حرکت مذکور ذاتی نیست؟ آیا تنها دلایل ما همسانگردی این فرار کهکشان ها و همچنین اصل کپرنیک و همچنین احتمال پائین طبیعی بودن حرکت کهکشان هاست و البته پرهیز از حرکت های فرانوری اجرام است؟ آیا نمی توان منشاء انبساط را پدیده ای دیگر دانست؟ ویکیپدیا در این مورد نوشته است:
"انبساط متریک جهان را می‌توان توسط مشاهدات مستقیم اصل کیهان شناختی و اصل کوپرنیکی نمایش داد که وقتی با قانون هابل در کنار هم قرار بگیرند هیچ توضیح دیگری جز انبساط جهان قابل تصور نیست. انتقال به سرخ‌های نجومی بسیار همگن و همسانگرد هستند و این موضوع تأییدکننده اصل کیهان شناختی است که می‌گوید جهان در تمام جهت‌ها یکسان به نظر می‌رسد. اگر انتقال به سرخ‌ها ناشی از انفجار از یک مرکز انفجار در نقطه‌ای دور از ما بودند، در جهات مختلف یکسان نبودند."
این منطقی به نظر می رسد و البته درست است که ایده انبساط فضا کاملا سازگار است، ولی آیا نباید این فرضیه به صورت تجربی نیز آزموده شود؟ منظورم این است که ما چه شواهد تجربی قابل قبولی برای این موضوع داریم که فضای میان خوشه های کهکشانی واقعا منبسط می شود؟ البته انتقال به سرخ کهکشان ها را به انتقال به سرخ گرانشی نسبت می دهیم. اما از کجا این اطمینان حاصل می شود که این انتقال به سرخ، دوپلری نیست و ناشی از فرار از چاه گرانشی عالم گذشته است؟ در عالمی که به دلیل وسعت آن، تنها دسترسی ما فوتون های نور است و امکان آزمودن غیر اپتیکی پدیده ها وجود ندارد، انتقال به سرخ گرانشی را چگونه می توان از انتقال به سرخ دوپلری متمایز کرد؟

2 –اگر پدیده تورم کیهانی را نادیده بگیریم، در چارچوب مدل استاندارد کیهانشناسی، آیا انبساط عالم در دوران پس از مهبانگ، با سرعتی فراتر از نور بوده است؟ در غیر اینصورت، آیا این موضوع که ابعاد کنونی عالم، از افق قابل مشاهده کنونی ما بزرگتر است نمی تواند شاهدی بر پدیده تورم باشد؟ آنچه ما از انبساط تورمی عالم می گوییم فقط مربوط به عالم قابل مشاهده است یا کل عالم؟ آیا اگر تورم کیهانی نبود، بازهم کل عالم فراتر از عالم قابل مشاهده کنونی بود؟

ممنون.

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 333

سپاس: 167

جنسیت:

تماس:

Re: شواهد تجربی انبساط فضا

پست توسط rohamjpl »

تصویرتصویرتغییر قرمز - ستاره شناسان حرکت اشیا D نسبت به ما را با استفاده از شیفت داپلر اندازه گیری می کنند. وقتی صدای آمدن قطار را می شنوید ، سوت آن در مقایسه با زمان عقب رفتن با فرکانس بالاتر شنیده می شود ، درست است؟ به همین ترتیب ، نور دارای یک تغییر داپلر است که به موجب آن فرکانس آن بسته به حرکت جسم ساطع شده تغییر می کند!
ستاره شناسان مشاهده كردند كه نور اجسام دوردست جهان جابجا شده است (تغییر در فركانس نور به سمت رنگ قرمز) ، كه به ما می گوید همه اجسام از ما دور می شوند. این به هر جهتی که نگاه کنید درست است: همه کهکشان های دور از ما دور می شوند. این فقط به این دلیل است که جهان در حال گسترش است.
در سال 1929 ستاره شناس ادوین هابل سرعت تعداد زیادی از کهکشان ها را اندازه گیری کرد. او انتظار داشت که تقریباً تعداد مساوی به سمت ما و دور شوند. از این گذشته ، زمین مکان خاصی به ویژه در جهان نیست!
در عوض ، او کشف کرد که تقریباً همه کهکشانها از ما دور می شوند!
از زمان هابل ، ما میلیون ها کهکشان را با تجهیزات بهتر مشاهده کردیم و نتایج او را تأیید کردیم. به استثنای تعداد انگشت شماری کهکشان نزدیک به ما ، هر کهکشان از ما دور می شود.
و در واقع ، هرچه کهکشان دورتر باشد ، سریعتر از ما دور می شود. به نظر می رسد کهکشان ها از ما فاصله می گیرند زیرا کل جهان در حال بزرگتر شدن است. فضای بین کهکشان ها در حال کشش است! و هرچه کهکشان دورتر باشد ، فضای بیشتری برای کشش وجود دارد بنابراین سریعتر به نظر می رسد کهکشان از ما دور می شود.
قانون هابل:
ثابت هابل = برای بیشتر نیمه دوم قرن 20 این مقدار بین 50 تا 90 (کیلومتر بر ثانیه) در هر متر مکعب بود. اگرچه ، حتی اخیراً ، در فوریه 2018 ، مقدار بالاتری از 73 (کیلومتر بر ثانیه) در مگاپارسگ
آموزشهای جدید - Mpc - مگا پارسك (یك پارسك برابر با 3.26 سال نوری است)
پس

دانشمندان از کجا می دانند جهان در حال گسترش است؟ست
عمدتا با مطالعه انتقال قرمز منابع نور دور.
اول ، باید بدانیم که تغییر قرمز ، مشخص شده با z چیست. همانطور که در جواب آبهیناو بات ذکر شد ، تغییر سرخ شبیه به اثر داپلر است که برای مثال در امواج صوتی تجربه می شود.
شما طیف منبع نور را تجزیه و تحلیل می کنید (نوری که در تمام طول موج ها ساطع می کند) و به دنبال خطوط مشخصی در طول موج λob هستید که می توانید آنها را با خطوط شناخته شده (آزمایشگاهی ، λem) مقایسه کنید. از نظر ریاضی ، این موارد را داریم:
$z≡λob−λemλem 4 $
از لحاظ تاریخی ، اولین شواهد انتقال قرمز در ارتباط با انبساط جهان توسط ادوین هابل ، با تجزیه و تحلیل تغییرات قرمز و فاصله نزدیک به 20 کهکشان پیدا شد. وی فرمول تجربی را که اکنون به عنوان قانون هابل شناخته می شود ، استخراج کرد:$z=H0cr $
در اینجا ، c سرعت نور است ، r فاصله تا کهکشان و H0 ثابت هابل است.
سرانجام ، یک مدل نسبیت عام برای کل جهان توسط فریدمن ، رابرتسون ، واکر و لمیتر ارائه شد که می تواند شامل گسترش جهان باشد:
$ ds2=−c2dt2+a(t)2dr2 $,و$ d^2(t) = a^2(t)(x^2 + y^2 + z^2)$
در اینجا ، ds2 فاصله فضا-زمان است ، dt2 فاصله زمانی است ، dr2 فاصله مکانی است و (t) 2 عامل مقیاس جهان است ، که به منزله انبساط یا حتی انقباض کل جهان است.
عامل مقیاس با معادله فریدمن تعیین می شود:
$ H_0^2 - \dfrac{8 \pi G}{3c^2} \displaystyle \sum_i \rho_i = \dfrac{kc^2}{R^2}$,و$ ds^2 = cdt^2 - a(t)^2\left [ \dfrac{dr^2}{1+kr^2/R^2}+r^2 d^2\Omega \right ]$.
اخیراً ، ما همچنین از Supernovae Ia به عنوان شمع های استاندارد برای تجزیه و تحلیل فاصله درخشندگی آنها با تغییر قرمز استفاده کرده ایم. این کمی فنی تر است
مشاهدات ابرنواختر همچنین به شواهدی در مورد گسترش سریع جهان منجر شده است ، $ \left\{\begin{matrix}
\dot{a}^2-\dfrac{8 \pi G}{3c^2} \displaystyle \sum_i \rho_i a^2 & = & \dfrac{kc^2}{R^2} \\
\dfrac{d}{dt}\left ( \rho_i a^3 \right ) & = & -P_i \dfrac{d}{dt} \left (a^3 \right) \\
\end{matrix}\right.$

این نتیجه به این معنی است که اگر چگالی کل انرژی بیش از حد باشد ، جهان کروی است $ \rho_c$ برابر باشند مسطح و اگر تراکم کل کمتر باشد هذلولی هستند. انحنا چگونه به محتوای جهان مربوط می شود. می بینید که این امر به توزیع چگالی بستگی ندارد (یعنی مقدار انرژی تاریک چقدر است ، در غیر این صورت مقدار آن چقدر است)$\Omega_k = (\rho_c-\rho)/\rho_c $. دقیق ترین محدودیت ها درΩk با تجزیه و تحلیل ناهمسانگردی های CMB به دست می آیند و با یک جهان مسطح سازگار هستند $|\Omega_k| < 5 \times 10^{-3} $
تصویر

MahdiMohammadzadeh

نام: مهدی محمدزاده

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۱۰/۳۰ - ۲۰:۴۶


پست: 3



Re: شواهد تجربی انبساط فضا

پست توسط MahdiMohammadzadeh »

دوست عزیز اینا که شما گفتید بحث تئوریه مدل استاندارد کیهانشناسی هستش که مبتنی بر انبساط عالم هست. منظور من کلا چیز دیگه ایه. اجازه بدید اول من داستان کشف انبساط عالم رو بگم بعد سوالم رو مطرح کنم.
در یک عالم کاملا راندوم و بدون هیچگونه تنظیم اولیه، انتظار می رود که کهکشان ها، حرکت کاملا کاتوره ای داشته باشند، به گونه ای که برخی از آن ها در حال نزدیک شدن به ما باشند (انتقال به آبی داشته باشند) و برخی دیگر، در حال دور شدن از ما باشند (انتقال به سرخ داشته باشند) و تعداد کهکشان های در حال نزدیک شدن، با تعداد کهکشان های در حال دور شدن، تقریبا یکسان باشند. این چیزی است که ما از حرکت اجرام در یک عالم ایستا انتظار داریم. با چنین انتظاری بود که در سال 1927، ژرژ لومتر، طیف 41 کهکشان را مورد مطالعه قرار داد و مشاهده کرد که از این تعداد، 36 کهکشان در حال دور شدن از ما هستند (انتقال به سرخ دارند) و فقط 5 کهکشان در حال نزدیک شدن به ما هستند (انتقال به آبی دارند). این پدیده به وضوح غیر قابل انتظار و غیرطبیعی است (از لحاظ آماری، احتمال روی دادن چنین وضعیتی به طور طبیعی، بسیار ناچیز است). در واقع، تنها در صورتی این موضوع می تواند توجیه شود که عاملی فیزیکی باعث به هم خوردن این حالت طبیعی شده باشد. از طرفی، طبق اصل کیهانشناختی، چنین انتظار می رود که هر ناظر دیگری در هر نقطه از عالم نیز چنین پدیده ای را مشاهده کند، یعنی هر ناظر دیگری نیز خواهد دید که اکثر کهکشان های اطرافش در حال دور شدن از او هستند. لومتر از این پدیده غیر قابل انتظار چنین نتیجه گیری کرد که عالم، در حال انبساط است. بعدها هابل هم نتنایج مشابهی رو بدست آورد.

این تاریخچه موضوع است که به لحاظ منطقی، عالم در حال انبساط است، زیرا اکثر کهکشان ها در حال دور شدن از ما هستند و این پدیده به صورت همسانگرد قابل مشاهده است. ویکیپدیا نوشته که همسانگرد بودن این پدیده، به لحاظ منطقی، فقط با انبساط فضای میان کهکشان ها قابل توجیه است. اینا انتظارات ما از نظریه هستش. اما سوال من اینه که چه شاهد تجربی برای این موضوع وجود داره؟ شاید انتقال به سرخ کهکشان ها، منشاء دیگری داشته باشه که ما هنوز علتش رو کشف نکردیم (هر چند احتمالش خیلی کمه). انتظار منطقی ما اینه که این انتقال به سرخ را ناشی از گرانش بدانیم و از آن تعبیر به انبساط عالم کنیم. ولی ظاهرا راهی برای آزمودن تجربی این موضوع نداریم. فکر کنم هنوز هم روی این موضوع بحث هست و برخی از کیهانشناسان (که تعداد آن ها بسیار کم است)، انبساط عالم را قبول ندارند و منشاء انتقال به سرخ کهکشان ها را چیز دیگری می دانند.

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 333

سپاس: 167

جنسیت:

تماس:

Re: شواهد تجربی انبساط فضا

پست توسط rohamjpl »

لطفا به سایت ناسا و کشفیات هابل سری بزنید ببینید من انچه گفتم درسته تئوری هسا اما مبنای تجربی همون ازمایشات تئوری هست
تصویر

MahdiMohammadzadeh

نام: مهدی محمدزاده

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۱۰/۳۰ - ۲۰:۴۶


پست: 3



Re: شواهد تجربی انبساط فضا

پست توسط MahdiMohammadzadeh »

هابل انتقال به سرخ کهکشان ها و همسانگردی دور شدن آن ها را تائید کرده ولی بازم منشاء این پدیده (انتقال به سرخ)، فقط تئوری است. ظاهرا فقط باید به پیشبینی های تئوری و سازگاری فرضیه ها تکیه کرد. چون کیهان خیلی عظیمه و دسترسی ما به اجرام جز با روش نورسنجی نیست.

ارسال پست