همه ما تقریباً پذیرفته‌ایم که جهان ۱۳.۸ میلیارد سال قدمت دارد، درست است؟ این عدد عمدتاً بر اساس داده‌های ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا به دست آمده؛ ماهواره‌ای که تابش زمینه کیهانی، یعنی درخشش باقی‌مانده از انفجار بزرگ، را نقشه‌برداری کرد. نتایج اولیه این مأموریت در سال ۲۰۱۳ منتشر و در سال ۲۰۱۸ نهایی شدند.
همه ما تقریباً پذیرفته‌ایم که جهان ۱۳.۸ میلیارد سال قدمت دارد، درست است؟ این عدد عمدتاً بر اساس داده‌های ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا به دست آمده؛ ماهواره‌ای که تابش زمینه کیهانی، یعنی درخشش باقی‌مانده از انفجار بزرگ، را نقشه‌برداری کرد.
نتایج اولیه این مأموریت در سال ۲۰۱۳ منتشر و در سال ۲۰۱۸ نهایی شدند. رصدهای زمینی تلسکوپ کیهان‌شناسی آتاکاما در شیلی نیز بعدها به عددی تقریباً مشابه رسیدند. هر دو نتیجه با مدل استاندارد کیهان‌شناسی، موسوم به ماده تاریک سرد لامبدا (ΛCDM)، مطابقت دارند. اما یک مشکل اساسی وجود دارد: این برآورد به وجود ماده تاریک و انرژی تاریک وابسته است؛ دو پدیده‌ای که تاکنون هیچ‌کدام مستقیماً شناسایی نشده‌اند.
نظریه نور خسته چگونه سن جهان را تغییر می‌دهد؟
اگر بخواهیم سن جهان را تنها با تکیه بر ماده و انرژی قابل‌اندازه‌گیری محاسبه کنیم، به چه نتیجه‌ای می‌رسیم؟ راجندرا گوپتا و نیکولائوس ساماراس، فیزیک‌دانان دانشگاه اتاوا، دقیقاً همین پرسش را مطرح کرده‌اند. آن‌ها که از نظریه‌های وابسته به ماده نامرئی و انبساط ناشی از انرژی شناسایی‌نشده رضایت نداشتند، چارچوب کیهان‌شناسی تازه‌ای با نام ثابت‌های جفت‌شده هم‌تغییر به‌علاوه نور خسته (CCC+TL) ارائه کردند.
در این مدل، تنها کمیت‌هایی که با واحد طول اندازه‌گیری می‌شوند، در طول زمان کیهانی همراه با یکدیگر تغییر می‌کنند و ثابت‌های بدون بُعد همچنان ثابت باقی می‌مانند. پژوهشگران بررسی کردند که آیا این نظریه می‌تواند هسته‌زایی مهبانگ، یعنی فرایند شکل‌گیری نخستین عناصر سبک جهان در دقایق ابتدایی پس از انفجار بزرگ، را توضیح دهد یا خیر. نتایج نشان دادند که این مدل از عهده چنین کاری برمی‌آید. نکته شگفت‌انگیز اینکه بر اساس محاسبات آن‌ها، سن جهان به ۲۶.۷ میلیارد سال می‌رسد؛ رقمی که تقریباً دو برابر برآورد استاندارد است.
پژوهشگران در مقاله‌ای که اخیراً در نشریه یونیورس منتشر شده، درباره مبانی نظریه خود نوشتند:
در این چارچوب، تنها کمیت‌هایی که بُعد طول مشخصی دارند، از طریق یک تابع مقیاس‌گذاری جهانی با یکدیگر تغییر می‌کنند؛ در حالی که ثابت‌های بدون بُعد و نسبت‌های بدون بُعد، بدون تغییر باقی می‌مانند. این مدل همچنین تضمین می‌کند که پیش‌بینی‌های مربوط به هسته‌زایی مهبانگ همچنان حفظ شوند.
در سال ۱۹۲۹، ادوین هابل، اخترشناس مشهور و نامی که تلسکوپ فضایی هابل از او گرفته شده، به کشف مهمی دست یافت. او دریافت هرچه یک کهکشان از زمین دورتر باشد، نور آن بیشتر به سمت بخش قرمز طیف جابه‌جا می‌شود. بیشتر اخترشناسان این پدیده موسوم به انتقال به سرخ را نشانه‌ای از انبساط جهان دانستند.
در همان سال، اخترشناس دیگری به نام فریتز تسویکی توضیح متفاوتی ارائه کرد که به نظریه نور خسته معروف شد. طبق این فرضیه، نور هنگام عبور از فواصل بسیار طولانی به‌تدریج انرژی خود را از دست می‌دهد. بنابراین، نور کهکشان‌های دورتر به دلیل پیمودن مسافت بیشتر، هنگام رسیدن به زمین قرمزتر به نظر می‌رسد. بیشتر کیهان‌شناسان چند دهه پیش این نظریه را کنار گذاشتند، اما گوپتا نسخه‌ای تازه از آن را در چارچوب مدل CCC+TL احیا کرده است.
گوپتا و ساماراس با این رویکرد، دیدگاه پذیرفته‌شده کیهان‌شناسی را به چالش می‌کشند. در مدل استاندارد ΛCDM، پلاسمای داغ جهان اولیه منبسط و سرد شد و سپس ماده معمولی یا باریونی درون هاله‌های عظیم ماده تاریک تجمع یافت تا کهکشان‌ها شکل بگیرند. در همین مدل، انرژی تاریک عامل شتاب گرفتن انبساط جهان محسوب می‌شود.
اما نظریه CCC+TL هر دو فرضیه را کنار می‌گذارد. این مدل به‌جای تکیه بر ماده تاریک و انرژی تاریک، معادلات استاندارد گرانش و انبساط را اصلاح می‌کند. با وجود این تغییرات، همچنان قادر به بازتولید الگوی انبساط مشاهده‌شده جهان و مقادیر هیدروژن، هلیوم و سایر عناصر سبک تشکیل‌شده در دقایق ابتدایی پس از انفجار بزرگ است.
این نظریه همچنین می‌تواند منحنی‌های چرخش کهکشانی را توضیح دهد. این منحنی‌ها سرعت گردش ستارگان و گازها را در فاصله‌های مختلف از مرکز یک کهکشان اندازه‌گیری می‌کنند و یکی از شواهد مهم در بحث وجود ماده تاریک به شمار می‌روند.
گوپتا در مقاله‌های پیشین خود استدلال کرده بود که مدل CCC+TL می‌تواند به ایرادهایی پاسخ دهد که باعث کنار گذاشته شدن نظریه نور خسته در گذشته شدند؛ از جمله مسئله اتساع زمان.
در جهانی که در حال انبساط است، نور ابرنواخترهای دوردست در طول زمان کشیده می‌شود. به همین دلیل، این انفجارهای ستاره‌ای نسبت به نمونه‌های نزدیک‌تر، آهسته‌تر روشن و خاموش می‌شوند. مدل‌های ساده نظریه نور خسته توضیح مناسبی برای این پدیده ارائه نمی‌دهند.
خود پدیده اتساع زمان از نظریه نسبیت اینشتین سرچشمه می‌گیرد. از آنجا که سرعت نور همواره ثابت باقی می‌ماند، ناظران با سرعت‌های حرکتی متفاوت، گذر زمان را به شکل یکسان تجربه نمی‌کنند. برای فردی که با سرعت بسیار زیاد حرکت می‌کند، زمان در مقایسه با فرد ساکن آهسته‌تر می‌گذرد.
به همین دلیل، فضانوردان حاضر در ایستگاه فضایی بین‌المللی که با سرعتی حدود ۲۸ هزار کیلومتر بر ساعت به دور زمین می‌چرخد، اندکی آهسته‌تر از انسان‌های روی سطح زمین پیر می‌شوند.
گوپتا معتقد است نظریه جدید او عملکرد بهتری دارد، زیرا اثر نور خسته را در کنار انبساط کیهانی در نظر می‌گیرد، نه اینکه آن را جایگزین انبساط جهان کند.
جهان ۲۶.۷ میلیارد ساله؛ پیامدهای نظریه جدید
ماده تاریک و انرژی تاریک تاکنون برای توضیح پدیده‌هایی به کار رفته‌اند که بدون وجود آن‌ها قابل‌توجیه به نظر نمی‌رسند. نظریه CCC+TL تلاش می‌کند همین مشاهدات را با استفاده از تغییرات اصلاح‌شده در اثرات گرانشی توضیح دهد.
این مدل همچنین جدول زمانی کیهان را به شکل قابل‌توجهی تغییر می‌دهد. گوپتا در مقاله‌ای که سال ۲۰۲۳ منتشر کرد، با استفاده از نظریه CCC+TL سن جهان را ۲۶.۷ میلیارد سال برآورد کرد.
پذیرفتن چنین سنی به این معناست که نخستین کهکشان‌ها میلیاردها سال زمان بیشتر برای شکل‌گیری و تکامل در اختیار داشته‌اند. این موضوع می‌تواند توضیحی برای مشاهده کهکشان‌های شگفت‌انگیز بالغ در جهان اولیه باشد. همچنین شاید بتواند معمای ستاره متوشالح را روشن کند؛ ستاره‌ای که بر اساس برخی برآوردهای سنی، حتی از خود جهان نیز قدیمی‌تر به نظر می‌رسد.
ساماراس و گوپتا درباره اهمیت حفظ نتایج موفق مدل استاندارد در نظریه‌های جایگزین نوشتند:
یکی از الزامات اساسی هر نظریه کیهان‌شناسی جایگزین، حفظ دستاوردهای تجربی مهم هسته‌زایی استاندارد مهبانگ است.
آن‌ها در ادامه نتیجه گرفتند:
مدل CCC+TL با مشاهدات مربوط به هلیوم اولیه و سایر عناصر سبک که بر اساس پیش‌بینی‌های انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند، سازگاری دارد.
با وجود این ادعاها، نظریه جدید همچنان فاصله زیادی با دیدگاه غالب در جامعه علمی دارد. بیشتر کیهان‌شناسان هنوز مدل ΛCDM را با وجود ناشناخته‌های فراوان آن، بهترین چارچوب برای توضیح مجموعه گسترده‌ای از مشاهدات می‌دانند؛ از تابش زمینه کیهانی گرفته تا نحوه پراکندگی کهکشان‌ها در سراسر آسمان.
بنابراین، نظریه CCC+TL برای جلب اعتماد جامعه علمی به آزمایش‌ها و بررسی‌های بسیار بیشتری نیاز دارد.