بزرگترین اشتباه اینشتین ممکن است کیهان‌شناسی را متحول کند

ثابت کیهان‌شناسی آلبرت اینشتین زمانی به‌عنوان بزرگ‌ترین اشتباه زندگی علمی او شناخته می‌شد، اما امروز یکی از ارکان اصلی درک دانشمندان از جهان است. کشف انبساط شتاب‌دار کیهان، این ایده را دوباره به مرکز توجه بازگرداند و مدل استاندارد کیهان‌شناسی را دگرگون کرد.

با این حال، پژوهشگران معتقدند حتی موفق‌ترین مدل کنونی نیز احتمالاً هنوز همه رازهای جهان را توضیح نمی‌دهد.

به نقل از SciTechDaily، در سال ۱۹۱۷، آلبرت اینشتین به تازگی نظریه نسبیت عام خود را تکمیل کرده بود؛ چارچوبی که درک فیزیک از گرانش را متحول ساخت.

او خیلی زود این معادلات را برای پرسش بسیار بزرگ‌تری به کار گرفت: جهان چگونه در طول زمان تغییر می‌کند؟ گرانش نقطه شروع طبیعی بود، زیرا جهان به طور متوسط از نظر الکتریکی خنثی است و الکترومغناطیس نمی‌تواند رفتار آن را در بزرگ‌ترین مقیاس‌ها توضیح دهد.

اینشتین همچنین چیزی درباره نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف نمی‌دانست (و راستش را بخواهید، هیچ کس دیگری هم نمی‌دانست)، اما هر دو نیرو فقط در فواصل بسیار کوتاه عمل می‌کنند. بنابراین کیهان‌شناسی با گرانش آغاز می‌شود. وقتی فیزیکدانان ماده و انرژی را در چیزی به نام «جهان» گرد هم می‌آورند، می‌توانند از معادلات اینشتین برای پرسش درباره نحوه تکامل آن استفاده کنند.

پاسخی که به دست آمد، او را شگفت‌زده کرد. نسبیت عام به طور طبیعی جهانی پویا را توصیف می‌کرد که یا منبسط می‌شد یا منقبض می‌گشت، در حالی که دیدگاه علمی مسلط آن زمان بر این بود که جهان ایستا و در طول تاریخ خود بدون تغییر باقی مانده است.

اینشتین به جای پذیرش آنچه معادلاتش دلالت داشت، آنها را با مشاهدات و فرضیات زمان خود تطبیق داد. او یک «ثابت کیهان‌شناسی» را معرفی کرد که با حرف یونانی لامبدا نشان داده می‌شود و نسبیت عام از قبل اجازه آن را می‌داد.

این ثابت به عنوان یک تأثیر گرانشی درون خود فضا‑زمان عمل می‌کند، حتی در فضای خالی. بسته به مقدار آن، می‌تواند جاذبه یا دافعه ایجاد کند.

اینشتین مقداری را انتخاب کرد که جاذبه گرانشی ماده را خنثی کند و به مدل جهان او اجازه دهد پایدار بماند. تنها چند سال بعد، ادوین هابل کشف کرد که جهان در حال انبساط است و نظریه‌پردازان دیگری مانند الکساندر فریدمان، معادلات اینشتین را به ارزش واقعی خود گرفتند و پشتوانه نظری نظریه مهبانگ را فراهم کردند.

خود اینشتین بعدها به دوستانش گفت که افزودن ثابت کیهان‌شناسی «بزرگ‌ترین اشتباه» او بوده است.

سال ۱۹۹۸ فرا رسید. دو تیم از اخترشناسان برای پایان دادن به مناقشه‌ای چنددهه‌ای درباره میزان ماده موجود در جهان به راه افتادند. برخی مشاهدات می‌گفتند به سختی ماده‌ای وجود دارد و برخی دیگر می‌گفتند مقدار زیادی وجود دارد.

جهان در حال انبساط بود، اما ماده درون آن باید این انبساط را کند می‌کرد. با اندازه‌گیری کاهش سرعت، آنها می‌توانستند بر میزان ماده غلبه کنند و مناقشه را حل نمایند.

اما به جای کاهش سرعت، آنها شتاب را اندازه‌گیری کردند. هنوز ماده زیادی در جهان وجود نداشت، اما حتی ماده موجود نیز برای کاهش سرعت انبساط کافی نبود. ساده‌ترین راه برای توضیح این شتاب، احضار ثابت کیهان‌شناسی بود؛ یک اثر پادگرانشی زمینه‌ای بنیادین که به سادگی در جهان وجود دارد. دهه‌ها پس از اینکه اینشتین اشتباه خود را پاک کرد، ثابت کیهان‌شناسی به عنوان بهترین توضیح برای داده‌ها دوباره زنده شد.

تا دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰، کیهان‌شناسان چارچوب دقیقی به نام مدل استاندارد کیهان‌شناسی ساخته بودند. کشف شتاب‌دار بودن انبساط جهان، آن مدل را منسوخ کرد.

جایگزین آن، بهترین گزارش فعلی ما از نحوه تکامل جهان از مهبانگ است: کیهان‌شناسی لامبدا سی‌دی‌ام. لامبدا نشان‌دهنده ثابت کیهان‌شناسی است که معمولاً با انرژی تاریک مرتبط است. سی‌دی‌ام مخفف ماده تاریک سرد است که بیشتر جرم تقریباً هر کهکشانی را تأمین می‌کند.

مدل لامبدا سی‌دی‌ام به طور فوق‌العاده‌ای موفق است. این یک مدل نسبتاً ساده با چند پارامتر آزاد و چند فرضیه در چارچوب نسبیت عام است.

با این مدل، ما توانسته‌ایم بخش بزرگی از جهان را توضیح دهیم: تاریخچه انبساط آن، ظاهر تابش زمینه کیهانی، رشد کهکشان‌ها و ساختارهای بزرگ و موارد بسیار دیگر.

گفتنی است با اینکه این یکی از بهترین‌ترین و آزموده‌شده‌ترین نظریه‌ها در تمام علم است، اما تقریباً قطع به یقین نادرست است.