دانش ما درباره‌ جهان هستی تا کجا می تواند گسترش یابد؟

امروزه ستاره‌شناسان با سوال‌های جالبی از جانب مردم و دانشجویان مواجه می‌شوند، سوال‌هایی از این دست که فراتر از کیهان چه چیزی وجود دارد؟ جهان ما در حال تبدیل شدن به چه چیزی است؟ آیا جهان هستی تا ابد منبسط خواهد شد؟ پرسیدن این سوال‌ها کاملا طبیعی است. اما این سوا‌ل‌ها را می‌توانیم به گونه‌ای علمی‌تر و اساسی‌تری مطرح کنیم؛ به این صورت که ما اساسا می‌خواهیم بدانیم، آیا مرزی برای دانش انسان وجود دارد؟ آیا محدودیت‌های اساسی در مسیر علم قرار دارد؟

جواب این است که ما اکنون پاسخ این سوالات را نمی‌دانیم. ما نمی‌توانیم بفهمیم که آیا مرزی برای دانش وجود دارد یا نه، مگر اینکه سعی کنیم از آن عبور کنیم. در حال حاظر به نظر می‌رسد که هیچ محدودیتی سر راه ما وجود نداشته باشد. شاید در مسیر علم فراز و نشیب‌هایی وجود داشته باشد، اما همه‌ی نشانه‌ها حاکی از آن است که این مشکلات، کوتاه‌مدت بوده و قابل حل هستند. بعضی از افراد می‌گویند که ما هیچ‌وقت نخواهیم دانست که عالم چطور به وجود آمده است و نمی‌توان فهمید که قبل از انفجار بزرگ چه رخ داده است. اما این سخنان بیشتر از روی خود‌خواهی و غرور گفته می‌شوند، چون افرادی که این سخنان را بیان می‌کنند، این طور فرض می‌کنند که مرز دانش انسان را می‌شناسند. این سخنان نه تنها ثابت نشده است، بلکه تاریخ علم تاکنون نشان داده که نمی‌توان مرزی برای علم پیش‌بینی کرد. در حیطه‌ی اختر‌شناسی اکنون به سطحی از دانش رسیده‌ایم که تصور آن در ۵۰ سال پیش غیر ممکن بود.

البته این حرف به آن معنی نیست که طبیعت دارای محدودیت نیست، ما در مشاهده و مطالعه‌ی طبیعت و نحوه‌ی اجرای آنها محدودیت‌هایی داریم. برای مثال، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ می‌گوید که نمی‌توان تمام مشخصات حرکتی یک ذره را در هر لحظه از زمان دانست. همچنین بیشترین فاصله‌ای که در یک بازه‌ی زمانی می‌توانیم ببینیم یا سفر کنیم توسط سرعت نور محدود شده است. اما این محدودیت‌ها صرفا به ما می‌گویند که چه چیزی را نمی‌توانیم مشاهده کنیم، نه اینکه چه چیزی را نمی‌توانیم یاد بگیریم. علی‌رغم وجود اصل عدم قطعیت، ما توانسته‌ایم مکانیک کوانتوم را توسعه دهیم و یا رفتار اتم‌ها را بررسی کنیم. ما امروزه توانسته‌ایم ذرات به اصطلاح مجازی را کشف کنیم. ذراتی که نمی‌توانیم به طور مستقیم ببینیم، با این حال وجود آنها را پیش‌بینی می‌کنیم.

دانستن اینکه جهان در حال انبساط است یک نقطه‌ی شروع است. اگر ما از روی دانسته‌هایمان برای استنتاج حوادث گذشته استفاده کنیم، در نهایت به نقطه‌ای دور در گذشته می‌رسیم که تمام عالم قابل رویت برای ما در یک نقطه جمع شده بود. در یک لحظه، که اکنون لحظه‌ی انفجار بزرگ (Big Bang)  نامیده می‌شود، قوانین فیزیکی که می‌شناسیم از هم فرو‌پاشید، چون بین نسبیت عام و مکانیک کوانتوم ناسازگاری به وجود آمد. نسبیت عام به توصیف گرانش می‌پردازد و مکانیک کوانتوم نیز فیزیک ذرات میکروسکوپی است. اما خیلی از دانشمندان این ناسازگاری را یک محدودیت جدی برای علم نمی‌دانند، چون ما انتظار داریم که اصل نسبیت عام بعد از تصحیح، به بخشی از تئوری کوانتوم پیوسته تبدیل شود. نظریه‌ی ریسمان نمونه‌ای از این تلاش‌ها است.

با در نظر گرفتن چنین نظریه‌ای، شاید قادر باشیم به این سوال که قبل از انفجار بزرگ چه بوده است، پاسخ دهیم. البته باید این را در نظر گرفت که ممکن است قبل از انفجار بزرگ چیزی وجود نداشته است. ساده‌ترین پاسخ مطرح شده در مورد انفجار بزرگ، کمترین میزان مقبولیت را در بین دانشمندان داشته است. پاسخ به این شکل است که در لحظه‌ی انفجار بزرگ نسبیت عام با نسبیت خاص به هم پیوستند تا یک حقیقت واحد را تشکیل دهند: فضازمان. اگر فضا توسط انفجار بزرگ به وجود آمده باشد، شاید زمان هم به همین ترتیب به وجود آمده باشد. در آن صورت، هیچ “’گذشته‌ای” وجود نداشته است و سوال مطرح شده بی مورد خواهد بود. انتظار می‌رود که این سوال جوابی دیگری داشته باشد، اما ابتدا باید منتظر یک تئوری کوانتوم گرانشی باشیم و پس از اثبات آزمایشگاهی آن می‌توانیم یک پاسخ جدید و قابل اتکا ارائه دهیم.

سپس با یک سوال دیگر در مورد محدودیت جهان مواجه می‌شویم. مرز‌های کیهان ما در کجا قرار دارد؟ جهان ما تا کجا گسترده شده است؟ جواب این سوال را هم نمی‌دانیم. پس در اینجا نیز باید به حدس زدن بسنده کنیم. اگر فضازمان به خودی خود به وجود آمده باشد، پس انرژی کلی آن صفر است. انرژی که در قالب جرم وجود دارد دقیقا با انرژی میدان‌های گرانشی برابری می‌کند. اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم، چیزی که از هیچ به وجود آمده باشد باید مجموع مقادیر آن هیچ باشد. در حال حاضر، تا جایی که می‌دانیم تنها جهانی که می‌تواند این ویژگی را داشته باشد، یک جهان گرد است. چنین جهانی مرز ندارد اما دارای محدودیت است. درست مثل اینکه روی یک کره حرکت کنیم بدون اینکه با مرزی مواجه شویم، همین شرایط می‌تواند در جهان هم صادق باشد. اگر ما به انداز‌ه‌ی کافی در یک جهت به دوردست نگاه کنیم، می‌توانیم قسمت پشت سر خود را ببینیم.

اما واقعیت این است که در عمل نمی‌توانیم چنین کاری را انجام دهیم، احتمالا به خاطر اینکه جهان قابل رویت برای ما، خود بخشی از یک جهان بزرگ‌تر هست. علت این امر باید با آنچه که انبساط جهان (inflation) نامیده می‌شود در ارتباط باشد. بیشتر جهان‌هایی که خود به خود از انداز‌ه‌ی میکروسکوپی به وجود می‌آیند، به جای آن که برای میلیاردها سال عمر کنند، در یک زمان میکروسکوپیک از هم فرو می‌پاشند. اما در بعضی موارد،  انرژی دادن به فضای خالی باعث می‌شود که جهان در یک بازه‌ی زمانی کوتاه به صورت تصاعدی متورم شود. ما فکر می‌کنیم که در لحظات اولیه‌ی انفجار بزرگ، یک بازه‌ی زمانی شامل انبساط به وجود آمده که باعث شده است تا جهان پس از تولد به سرعت از هم فرو نپاشد. در ادامه‌ی این روند، جهان به شکلی متورم شد که در بررسی‌ها و آزمایش‌های خود برای تمامی اهداف و مقاصد، باید آن را به صورت یک فضای مسطح و بی‌انتها در نظر بگیریم. برای درک این موضوع یک دشت مسطح و بی‌انتها را در نظر بگیرید که کاملا صاف به نظر می‌رسد اما در واقع خمیده است چون بر روی یک کره‌ی بزرگ به اسم زمین قرار دارد. به همین دلیل است که وقتی به آسمان نگاه می‌کنیم، نمی‌توانیم قسمت عقبی سر خود را ببینیم، با وجود اینکه احتمالا انتهای کیهان بسته باشد. اما در واقع تحت شرایطی می‌توانیم این کار را بکنیم. اگر تا زمانی به آسمان خیره شویم  که انبساط جهان قابل رویت برای ما متوقف شود و هیچ انبساط دیگری در فضای خارج از دید ما رخ ندهد، در آن صورت اساسا باید بتوانیم پشت سر خود را ببینیم.

در مورد قسمتی از فضا که قادر به دیدن آن نیستیم و شاید هیچ موقع نتوانیم ببینیم، این احتمال را می‌دهیم که در حال انبساط باشد. در واقع نظریه‌های فعلی ما پیش‌نهاد می‌کنند که تورم فضای خارج از دید ما محتمل‌ترین فرض ممکن است. اما وقتی در مورد «جهان ما» صحبت می‌کنیم، دقیقا منظور ما چیست؟ در اینجا می‌توانیم این تعریف را ارائه کنیم که جهان ما آن قسمتی از کیهان است که روزی می‌توانستیم با آن ارتباط برقرار کنیم و یا اینکه روزی قادر خواهیم بود که با آن ارتباط برقرار کنیم. با در نظر گرفتن این موضوع به این نتیجه می‌رسیم که در کل، تورم کیهان، جهان‌هایی فراتر از جهان ما را ایجاد می‌کند.

انبساط شاید در قسمتی از فضا که ما در آن قرار داریم برای مدت محدودی ادامه داشته است، اما بقیه‌ی فضا به صورت تصاعدی و تا ابد در حال انبساط خواهد بود. می‌توانیم این طور بگوییم که جهان در حال انبساط است ولی قسمت‌هایی از آن شامل انبساط نمی‌شود، درست مانند  تشکیل تکه‌های یخ روی آبی که با سرعت زیاد و در زیر دمای یخ‌زدگی در حال حرکت است. چنین جهان‌هایی نقطه‌ی آغازی داشته‌اند که به زمانی که انبساط در داخل فضای آنها متوقف شد، متصل شده بودند. در این صورت، شروع جهان ما شاید به معنای شروع زمان نباشد. همین موضوع سبب ایجاد این شک می‌شود که شاید انفجار بزرگ نقطه‌ی آغاز همه چیز نبوده است و به تبع آن دانش ما به آن محدود نمی‌شود. 

بسته به روشی که بعضی از جهان‌ها از فضای ابتدایی جدا شده‌اند و انبساط آنها متوقف شده است، قوانین فیزیکی شاید در هر کدام از آنها متفاوت باشد. ما این مجموعه از جهان‌های جدا شده را مالتی‌ورس (multiverse) می‌نامیم. ایده‌ی مالتی‌ورس توانسته در مجامع علمی اعتبار کسب کند، چون نه تنها به واسطه‌ی ارتباط آن با مفاهیمی چون انبساط کیهان بلکه با وجود احتمال جهان‌های مختلف که هر کدام قوانین فیزیکی مربوط به خود را دارند، می‌توان بعضی از پارامتر‌های اساسی جهان ما که لاینحل به نظر می‌رسند را توضیح داد. این پارامترها مقادیری هستند که به صورت تصادفی حین تولد جهان ما تولید شده‌اند.

اگر جهان های دیگری وجود دارند، باید توسط فواصل زیادی از هم جدا شده باشند و با سرعت‌های نسبی ماورای نور در حال دور شدن از هم باشند، تا اینکه ما قادرنباشیم آنها را شناسایی کنیم، در غیر اینصورت می‌توانستیم آنها را ببینیم. پس آیا مالتی‌ورس یک پدیده‌ی متا‌فیزیک (ماور الطبیعه) است؟ آیا اثبات احتمال وجود مالتی‌ورس باعث تعریف محدودیت‌های اساسی بر دانش خواهد شد؟ پاسخ این است: لزوما نه. اگر چه شاید ما به هیچ طریقی نتوانیم جهان‌های دیگر را ببینیم، اما می‌توانیم تئوری آن را آزمایش کنیم، و از آنجا که اثبات درستی تئوری، سبب اثبات آن حقیقت به صورت تجربی می‌شود، می‌توانیم وجود مالتی‌ورس را ثابت کنیم. برای مثال با مطالعه‌ی امواج گرانشی که انبساط می‌تواند به وجود آورد می‌توان وجود مالتی‌ورس را نشان داد. این موج‌های گرانشی شبیه‌ موج‌هایی هستند که اخیرا LIGO توانست ردیابی کند، با این حال منشا آنها متفاوت است. منشا موج‌هایی که اخیرا کشف شده، رویدادهای بزرگی مانند برخورد دو سیاه‌چاله‌ی عظیم است که در کهکشان‌های دوردست اتفاق افتاده است. اما منشا موج‌های گرانشی که در مورد آنها حرف می‌زنیم به لحظات اولیه انفجار بزرگ و انبساط حاصل از آن بر‌می‌گردد.

اگر بتوانیم این امواج را به طور مستقیم شناسایی کنیم، می‌توانیم به بررسی فیزیک انبساط بپردازیم و بفهمیم که آیا این انبساط ابدی ناشی از این فیزیک است یا نه. بنابرین اگر نتوانیم وجود مالتی‌ورس را به طور مستقیم اثبات کنیم، حداقل می‌توانیم به طور غیر‌مستقیم وجود دیگر جهان‌ها را بررسی کنیم. ولی چطور می‌توانیم امواج گرانشی ناشی از انبساط را کشف کنیم؟ هم اکنون دانشمندان زیادی در حال جستجوی امواج ماکروویوی هستند که از انفجار بزرگ باقی مانده‌اند، شاید در حین این آزمایش‌ها، موفق به ردیابی امواج گرانشی مورد بحث شویم.

به طور خلاصه ما تا اینجا فهمیدیم که اگر به اندازه‌ی کافی ذکاوت به خرج دهیم، می‌توانیم حتی به عمیق‌ترین سوالات متافیزیکی نیز پاسخ دهیم. سوال‌هایی که در گذشته مطرح شدن آنها ممکن نبود، مانند وجود جهان‌های مختلف. هیچ محدودیتی برای دانسته‌های ما وجود ندارد، دانسته‌هایی که با استفاده از ترکیبی از منطق و آزمایش‌ها و مشاهدات علمی می توان بدست آورد.

یک جهان بی‌انتها و بدون محدودیت جذابیت خاص خود را دارد که به ما انگیزه‌ می‌دهد تا به جستجوی خود در عالم هستی و بررسی چگونگی تشکیل آن ادامه دهیم. اما آیا با قاطعیت می‌توانیم بگوییم که مرزی برای دانش ما وجود ندارد؟ پاسخ این است: نمی‌توان با اطمینان گفت که علم مرزی ندارد.

انبساط جهان محدودیت‌های اساسی بر دانش ما اعمال می‌کند به ویژه مطالعه‌ی ما در مورد گذشته جهان با موانع زیادی مواجه می‌شود. در واقع انبساط به نوعی باعث ریست شدن جهان می‌شود و تمام اطلاعات دینامیکی مربوط به هر آنچه قبل از خودش وجود داشت را از بین می‌برد. بزرگ شدن سریع فضا در حین انبساط، باعث پراکندگی بیشتر اجرام آسمانی در مناطق مختلف شده است. به طور مثال از عواقب انبساط جهان می‌توان به ناپدید شدن ردپاهای مربوط به تک قطبی‌ها (magnetic monopole) اشاره کرد. تک قطبی‌ها نوعی ذره‌‌های تئوریک هستند که در طول مراحل اولیه کیهان به وفور تولید می‌شدند. اما همین موضوع را می‌توان به عنوان یک مزیت اصلی برای انبساط برشمرد. ما نمی‌توانیم وجود ذرات تک قطبی را اثبات کنیم چون نمی توانیم آنها را ببینیم، اما طبق نظریه‌های ارائه شده می‌توانیم وجود داشتن آنها را پیش‌بینی کنیم، پس در جواب این سوال که چرا این ذرات اکنون وجود ندارند می‌توانیم بگوییم که انبساط جهانی باعث ناپدید شدن آنها شده است.


حتی شاید در حال حاضر هم پروسه‌ی انبساط جهان و به تبع آن حذف اطلاعات، تمام نشده باشد. به نظر می‌رسد که ما اکنون در یک دوره‌ی دیگری از انبساط کیهانی به سر می‌بریم. اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهد که کهکشان‌ها  در حال دور شدن از یکدیگر هستند، پس سرعت انبساط جهان نه تنها کم نشده بلکه بیشتر هم شده است. اگر انرژی موجود در اجرام آسمانی و تشعشعات فضایی بر انرژی موجود در فضای خالی کیهان غلبه می‌کرد، آن‌ وقت می‌توانستیم بگوییم که سرعت انبساط جهان رو به کاستی گذاشته است. ولی آنطور که شواهد نشان می‌دهد اینطور نیست. اما پرسشی که شاید به ذهنتان برسد این است که انرژی موجود در فضای خالی از کجا پدیدار شده است؟ هنوز هیچ سرنخی در این باره نداریم، چون هر یک از جواب‌های پیشنهاد شده، محدودیت‌های اساسی را بر روی دانش و حتی موجودیت خود ما اعمال می‌کنند.

این انرژی موجود در فضای خالی می‌تواند در یک دوره‌ی انتقال به یکباره محو شود. دوره‌ی انتقال را می‌توان نسخه‌ی فضایی عمل تقطیر تصور کرد. در طول دوره‌ی انتقال، شاید ماهیت‌ نیروهای بنیادی تغییر کند و تمام اجرامی که در جهان وجود دارد، از یک تک اتم گرفته تا جسم‌های بزرگ‌تر، همگی ناپایدار یا حتی به طور کلی محو می‌شوند. و در این میان ما هم مانند دیگر اجرام محو خواهیم شد.

اما حتی اگر مسیر رشد کیهان تغییر نکند، ادامه‌ی انبساط نیز آینده‌ی خوبی پیش روی ما قرار نمی‌دهد. در حدود ۲۰۰۰ میلیارد سال دیگر، که از نظر مقیاس انسان زمان بسیاری طولانی است اما در ابعادی کیهانی اینطور نیست، بقیه‌ی جهان از دید ما محو خواهد شد. تمام موجوداتی که احتمالا در سیاره‌های پیرامون ستاره ها رشد خواهند کرد، متوجه خواهند شد که در یک کهکشان جدا افتاده زندگی می‌کنند، کهکشانی که در اطراف آن جز فضای خالی چیز دیگری وجود ندارد. آنها هیچ گونه نشانی از شتاب و یا هیچ گونه مدرکی از رویداد انفجار بزرگ نخواهند داشت. همان‌گونه که ما نتوانستیم تک قطبی‌ها را ببینیم آنها نیز نخواهند توانست آنچه را که ما اکنون مشاهده می‌کنیم را ببینند. البته این را نیز بدانید که آنها شاید ناظر پدیده‌هایی باشند که ما اکنون قادر به دیدن آنها نیستیم پس زیاد احساس برتری نکنید.

در هر صورت باید از زندگی کوتاه خود روی این سیاره لذت ببریم و تا زمانی‌ که می‌توانیم سخت کار کنیم و بیشتر بیاموزیم.

کشف یک دنیای یخی جدید در حاشیه منظومه شمسی احتمال کشف سیگنال‌های تمدنی فرازمینی در ۲۳۴ ستاره