Podcast: Play in new window | Download

آنچه می‌شنوید (و مقداری اطلاعات بیشتر)

خلاصه

جهان همیشه به شکل امروزش نبوده. شواهدی مثل انبساط کیهان و تابش باقی‌مونده از گذشته نشون می‌دن که جهان زمانی بسیار داغ‌تر و چگال‌تر بوده. مدل مهبانگ، یا بیگ‌بنگ، توضیح می‌ده این جهان چطور با گذشت زمان تغییر کرده و به وضعیت امروزی رسیده.

برای فهم این مدل، اول از چند تصویر آشنا شروع می‌کنیم: فضای خالی، ظرف و مظروف، و تفاوت چگالی هوا و آب. بعد می‌بینیم چرا همین تصویرهای روزمره، اگر بدون دقت به کل جهان تعمیم داده بشن، می‌تونن گمراهمون کنن. در پایان هم به مرز دانسته‌هامون می‌رسیم: مهبانگ با «آفرینش اثبات‌شده از هیچ» یکی نیست و ایده‌هایی مثل چندجهانی هنوز پاسخ قطعی این پرسش نیستن.

چرا تصور «هیچ» این‌قدر سخت می‌شه؟

اگر چشم‌هاتون رو ببندین و سعی کنین هیچ رو تصور کنین، احتمالاً یک فضای تاریک و خالی به ذهنتون میاد. اما همین تصویر هم چیزی در خودش داره: فضا. اگر منتظر بمونین ببینین اتفاقی می‌افته یا نه، زمان رو هم به تصویر اضافه کرده‌این.

این مثال آغاز اپیزوده و کمک می‌کنه دو پرسش رو از هم تشخیص بدیم. یک پرسش اینه که «جهان در گذشته چه وضعی داشته؟» و پرسش دیگه اینه که «چرا اصلاً چیزی وجود داره؟» برای پرسش اول می‌تونیم نور و ماده رو اندازه بگیریم و مدل‌های علمی بسازیم. پرسش دوم به موضوع‌های بنیادی‌تری می‌رسه که هنوز پاسخ تجربی قطعی ندارن.

سخت‌بودن تصور هیچ، خودش مدرکی دربارهٔ منشأ جهان نیست. اما یک نکته رو روشن می‌کنه: بهتره پیش از توضیح آغاز کیهان، معلوم کنیم منظورمون از جهان، فضای خالی و نبودن چیه. وگرنه ممکنه یک دشواری ذهنی رو با یک نتیجهٔ علمی اشتباه بگیریم.

آیا جهان هم باید داخل یک ظرف باشه؟

همین مسئله رو می‌شه با مثال چای دنبال کرد. چای داخل لیوانه، لیوان توی اتاقه و اتاق بخشی از خانه‌ست. اگر این زنجیره رو ادامه بدیم، به زمین، منظومهٔ شمسی و کهکشان می‌رسیم. ذهنمون عادت داره برای هر چیز، جایی بزرگ‌تر پیدا کنه که اون رو در خودش جا بده.

اما وقتی به کل جهان می‌رسیم، داریم دربارهٔ خود فضا هم حرف می‌زنیم. در این نقطه نمی‌تونیم بدون دلیل فرض کنیم که فضا باید داخل یک فضای بزرگ‌تر قرار داشته باشه. در بعضی مدل‌ها، پرسش «بیرون همهٔ فضا کجاست؟» اصلاً همون معنای «بیرون اتاق کجاست؟» رو نداره.

پس فعلاً تصویر یک جعبهٔ بزرگ رو کنار می‌ذاریم و سراغ چیزی می‌ریم که قابل بررسیه: فاصله‌های داخل جهان. می‌تونیم بپرسیم آیا فاصلهٔ میان کهکشان‌ها با گذشت زمان تغییر می‌کنه؟ پاسخ همین سؤال، راه ورود ما به مدل مهبانگه. توضیح ناسا دربارهٔ مهبانگ و مفهوم مرکز جهان

از فاصلهٔ کهکشان‌ها به گذشتهٔ جهان

رصدها نشون دادن که در مقیاس‌های بسیار بزرگ، فاصلهٔ میان کهکشان‌هایی که با گرانش به هم بسته نیستن، در طول زمان بیشتر می‌شه. به این تغییر، انبساط جهان می‌گیم. حرکت‌های محلی هم وجود دارن؛ برای همین قرار نیست هر دو کهکشانی که انتخاب کنیم حتماً از هم دور بشن.

این شناخت در یک روز به دست نیومد. ژرژ لومتر در سال ۱۹۲۷ رابطهٔ انبساط رو از نظریه و داده‌های موجود بررسی کرد و ادوین هابل در سال ۱۹۲۹ رابطهٔ فاصله و پس‌روی کهکشان‌ها رو منتشر کرد. کشف ستارهٔ متغیر در آندرومدا در سال ۱۹۲۳، گام تاریخی متفاوتی بود: کمک کرد بفهمیم آندرومدا بیرون راه شیری قرار داره. ناسا دربارهٔ کشف هابل

حالا می‌تونیم این تحول رو در ذهن به عقب برگردونیم. اگر فاصله‌ها امروز بیشتر می‌شن، در گذشته کمتر بودن. وقتی یک مقدار مشخص ماده در حجم کوچک‌تری قرار بگیره، چگالی بیشتری داره. همین نتیجه ما رو به مفهوم بعدی می‌رسونه: جهانِ چگال یعنی چه؟

چگال‌تر بودن یعنی مادهٔ بیشتر در حجم یکسان

دو ظرف هم‌اندازه رو تصور کنین؛ یکی پر از هوا و دیگری پر از آب. حجمشون یکسانه، اما جرم آب خیلی بیشتره. چگالی مقدار جرم در یک حجم مشخصه. بنابراین آب از هوا چگال‌تره. برای فهم این مفهوم لازم نیست عدد بزرگی حفظ کنیم؛ مقایسهٔ دو حجم برابر کافیه.

وقتی می‌گیم جهان آغازین چگال‌تر بوده، منظور این نیست که کهکشان‌های آماده رو فشار داده بودن و کنار هم چپونده بودن. در اون دوره هنوز کهکشان و ستاره‌ای وجود نداشت. ماده و تابش در شرایطی بسیار متفاوت از امروز بودن و ساختارهای آشنا بعداً شکل گرفتن.

دما هم بیشتر بوده. در جهان داغ اولیه، برخوردهای پرانرژی اجازه نمی‌دادن بسیاری از ساختارهای پایدار امروزی دوام بیارن. با انبساط و سردشدن، شرایط عوض شد و امکان شکل‌گیری هسته‌های سبک، اتم‌ها و سرانجام ستاره‌ها فراهم شد. این ترتیب مهمه: جهان از ابتدا نسخهٔ کوچیک‌شدهٔ آسمون امروزی نبوده.

از کجا می‌دونیم گذشته واقعاً داغ بوده؟

انبساط یک سرنخه، اما دانشمندها به یک سرنخ اکتفا نمی‌کنن. اگر جهان زمانی داغ و پر از تابش بوده، باید ردّی از اون تابش باقی مونده باشه. امروز چنین نوری رو از همهٔ جهت‌های آسمون دریافت می‌کنیم: تابش زمینهٔ ریزموج کیهانی.

این تابش تصویر مستقیم لحظهٔ آغاز نیست. به دوره‌ای مربوطه که جهان به‌اندازهٔ کافی سرد شد تا اتم‌های خنثی تشکیل بشن و نور بتونه آزادانه مسیرهای طولانی طی کنه. انبساط بعدی، طول موج این نور رو کشیده و اون رو به محدودهٔ ریزموج رسونده. اندازه‌گیری‌های مأموریت COBE نشون دادن که طیفش با پیش‌بینی یک تابش گرمایی بسیار دقیق سازگاره. علم مأموریت COBE

فراوانی عناصر سبک هم آزمون مستقلیه. مدل جهان داغ باید توضیح بده چرا این مقدار هیدروژن و هلیوم داریم. کنار هم قرارگرفتن این شواهد، مدل مهبانگ رو بسیار نیرومندتر از یک داستان صرف دربارهٔ آغاز جهان می‌کنه. ناسا: مواد سازندهٔ جهان

مهبانگ چه تصویری رو تأیید نمی‌کنه؟

اسم «انفجار بزرگ» ممکنه ما رو یاد بمبی بندازه که در فضای خالی منفجر می‌شه. در اون تصویر، یک مرکز داریم و تکه‌هایی که به اطراف پرتاب می‌شن. اما انبساط کیهانی دربارهٔ تغییر فاصله‌ها در خود فضاست؛ به چنین مرکز انفجاری نیاز نداره.

به همین دلیل، تشبیه «کل جهان داخل یک توپ تنیس بود» هم نباید به‌عنوان اندازه‌گیری علمی بیان بشه. اندازهٔ کل جهان رو نمی‌دونیم. بخشی که می‌تونیم مشاهده کنیم محدودیت داره، اما این محدودیت به معنی شناسایی لبهٔ کل کیهان نیست.

آنچه با اطمینان بیشتری توضیح می‌دیم، تحول جهان از یک گذشتهٔ داغ و چگاله. هرچه به شرایط آغازین‌تر می‌ریم، به فیزیکی نیاز پیدا می‌کنیم که هنوز کاملاً شناخته نشده. پس موفقیت مدل در توضیح تاریخ کیهان، به معنی پاسخ‌دادن به همهٔ پرسش‌های مربوط به منشأ نهایی اون نیست.

خلأ کوانتومی و جهان‌های دیگر کجای داستان قرار می‌گیرن؟

در پایان اپیزود، ایده‌های کوانتومی و جهان‌های موازی مطرح می‌شن. برای فهم جایگاهشون، اول باید بدونیم خلأ در فیزیک کوانتومی «هیچ مطلق» نیست. خلأ یک حالت فیزیکیه که در چارچوب قوانین و میدان‌های مشخص تعریف می‌شه؛ همون مفهومی نیست که در آغاز نوشته سعی کردیم بدون فضا و زمان تصورش کنیم.

بعضی مدل‌ها دربارهٔ منشأ کیهان یا وجود جهان‌های دیگر پیشنهادهایی دارن. اما جذاب‌بودن این پیشنهادها، جای شواهد رو نمی‌گیره. از این ایده‌ها نمی‌شه نتیجه گرفت که جهان ما قطعاً از یک نوسان کوانتومی به وجود اومده یا جهان‌هایی با هر قانون دلخواهی واقعاً وجود دارن.

این‌جا بهتره پرسش رو باز نگه داریم. فعلاً می‌دونیم توضیح علمیِ خوب باید علاوه بر ساختن یک تصویر، راهی برای سنجیده‌شدن داشته باشه. همین معیار کمک می‌کنه مرز میان مدل آزموده‌شده و فرضیهٔ در حال بررسی روشن بمونه.

منابع علمی و مطالعهٔ بیشتر

جمع‌بندی

از تصور فضای خالی شروع کردیم و دیدیم که تصویرهای روزمره همیشه برای توضیح کل کیهان کافی نیستن. بعد سراغ فاصلهٔ کهکشان‌ها رفتیم: انبساط، ما رو به گذشته‌ای فشرده‌تر هدایت کرد و تابش زمینه و عناصر سبک، شواهد مستقلی برای داغ‌بودن اون گذشته فراهم کردن. مدل مهبانگ این مسیر تحول رو توضیح می‌ده. پرسش دربارهٔ «چرا جهان وجود داره؟» هنوز بازه؛ و همین تفاوت میان دانستن و ندانستن، نقطهٔ شروع دقیق‌تری برای ادامهٔ سفرمونه.