چهار سناريوي پايان جهان؛ انجماد، فشردگي، تغيير يا شكاف بزرگ؟

اگر فكر مي‌كنيد دانشمندان و انديشه متخصصينيه‌پردازان فقط به‌ دنبال كشف اسرار آغاز جهان هستند و به پايان آن كاري ندارند، سخت در اشتباهيد؛ براي تك‌تك احتمالات پايان جهان، سناريوهاي پيچيده‌ با جزئيات كامل نوشته‌اند و به سبك نام‌گذاري انفجار بزرگ،‌ براي آن‌ها اسامي هولناكي انتخاب كرده‌اند.

البته پايان كره‌ي زمين مدت‌ها است پيش‌بيني شده. با مرگ خورشيد كه خوشبختانه شش ميليارد سال ديگر اتفاق مي‌افتد، اثري از زمين باقي نخواهد ماند. اما زمين فقط يك سياره در منظومه‌ي شمسي است و خورشيد يكي از صدها ميليارد ستاره در كهكشان در كنار صدها ميليارد كهكشان ديگر در جهان. سرنوشت همه‌ي اين‌ها چه مي‌شود؟ جهاني كه با انفجار بزرگ متولد شد، با چه سناريويي قرار است به پايان برسد؟

انديشه متخصصينيه‌پردازان بر سر پايان جهان با هم اختلاف دارند. معلوم نيست اين پايان با اتفاقي بزرگ و قطعي به وقوع بپيوندد يا مثل كهولت سن، به‌تدريج اتفاق بيفتد. به هر حال درك ما از قوانين فيزيك چندين گزينه‌ي ممكن را براي آخرالزمان كيهاني پيش روي ما مي‌گذارد كه از بين آن‌ها، چهار سناريو طرفداران بيشتر و اسم‌هايي متناسب با انفجار بزرگ (Big Bang) دارد: انجماد بزرگ (Big Freeze)،‌ فشردگي بزرگ (Big Crunch)، تغيير بزرگ (Big Change) و شكاف بزرگ (Big Rip). 

به قول اورسن ولز، اگر دنبال پايان خوش هستيد، به اين بستگي دارد كه كجا دست از خواندن داستان بكشيد. اگر شما براي سناريوي آخرالزمان كهكشاني دنبال پايان خوش (يا دست كم پايان باز) هستيد، خواندن آن را تا انتها ادامه دهيد. 

مرگ حرارت (Heat Death) برخلأف اسمش قرار نيست آتشي جهنمي باشد كه روزي كل دنيا را در بر بگيرد؛ منظور از مرگ، تفاوت درجه حرارت اجسام است. 

شايد فكر كنيد مرگ حرارت براي شروع چندان ترسناك نيست و قرار است اين داستان شما را با كم‌خطرترين سناريوي پايان دنيا روبه‌رو كند تا وقتي مطمئن شديم در صندلي خود فرو رفته‌ايد و احساس راحتي مي‌كنيد، سناريوهاي ترسناك‌تر را رو كنيم. اما مرگ حرارت را دست كم نگيريد؛ چون تبعات اين سناريو حتي از آتش گرفتن كل دنيا بدتر است. 

تقريبا هر فعل و انفعالي در زندگي روزمره به اختلاف دما نياز دارد. براي مثال، عامل حركت خودرو، دماي بالاترِ درون موتور نسبت به بيرون آن است. يا برقي كه كامپيوتر را روشن نگه مي‌دارد، از نيروگاهي مي‌آيد كه احتمالا از گرم كردن آب براي به كار انداختن توربين استفاده مي‌كند. حتي اينكه مي‌توانيد بدويد و وجود داشته باشيد به خاطر اختلاف دماي خورشيد با ساير اجزاي جهان است. 

شايد از خودتان بپرسيد چه مي‌شود جهان به اين نقطه‌ي هولناك مي‌رسد. جواب به سازوكار آنتروپي (آشفتگي) برمي‌گردد. 

جهان به همين صورت است؛ هرچه بزرگ‌تر و بزرگ‌تر مي‌شود، اجرام به‌آرامي رو به زوال مي‌روند و در سطح جهان پراكنده مي‌شوند. بعد از گذشت زمان بسيار بسيار زياد، تمام ابرهاي گازي تشكيل‌دهنده‌ي ستاره‌ها به اتمام مي‌رسد و جهان تاريك مي‌شود. باقي خورشيدها هم خواهند مرد؛ سياه‌چاله‌ها به‌تدريج و طي ميلياردها سال به خاطر «تابش هاوكينگ» تبخير مي‌شوند. وقتي اين فرايند به اتمام رسيد، تنها لايه‌ي رقيقي از فوتون‌ (ذرات نور) باقي خواهد ماند؛ اما آن‌هم بعد از مدتي از بين مي‌رود. 

پس از اينكه ممباحثه ترموديناميك در اوايل دهه‌ي ۱۸۰۰ مطرح شد، تا مدت‌ها انجماد بزرگ تنها سناريوي محتمل براي پايان دنيا بود. اما ۱۰۰ سال پيش، انديشه متخصصينيه‌ي نسبيت عام انيشتين، پاي سناريويي بسيار دراماتيك‌تر از مرگ حرارت را پيش كشيد. 

سناريوي بيگ‌كرانچ‌ (Big Crunch) يا فشردگي بزرگ (مه‌رمب) در واقع معكوس پديده‌ي انفجار بزرگ  و پيدايش هر دو، مديون انديشه متخصصينيه‌ي نسبيت عام انيشتين است. طبق انديشه متخصصينيه‌ي نسبيت عام (يا همان گرانش)، ماده و انرژي باعث فرورفتگي فضا و زمانِ اطراف خود مي‌شوند. به‌گفته‌ي انيشتين، تمام ماده و انرژي موجود در جهان، سرنوشت نهايي آن را مشخص خواهد كرد. 

به پيش‌بيني اين انديشه متخصصينيه، جهان  بايد در حال انبساط باشد يا انقباض و نمي‌تواند اندازه‌ي كنوني را تا ابد حفظ كند. انيشتين در سال ۱۹۱۷ به اين موضوع پي برد و آنقدر نسبت به پذيرش آن بي‌ميل بود كه حاضر شد انديشه متخصصينيه‌ي خودش را دست‌كاري كند تا اندازه‌ي جهان يكسان باقي بماند. 

اما در سال ۱۹۲۹ ادوين هابل، فضانورد و ستاره‌شناس مشهور آمريكايي، شواهد محكمي مبني بر انبساط جهان كشف كرد و انيشتين مجبور شد انديشه متخصصينش را تغيير بدهد و پافشاري روي فرضيه‌ي جهان ايستا را «بزرگ‌ترين اشتباه» خود بنامد.

اگر جهان در حال انبساط است، پس حتما بايد زماني از اندازه‌ي كنوني، كوچك‌تر بوده باشد. اين مسئله به ظهور انديشه متخصصينيه‌ي انفجار بزرگ يا بيگ‌بنگ انجاميد كه مي‌گويد جهان از نقطه‌اي بي‌نهايت كوچك شروع شد و بعد با سرعتي باورنكردني شروع به انبساط كرد. 

تنها عاملي كه جلوي انبساط جهان ايستاده، گرانش است و نيروي گرانش به مقدار جرم ماده و انرژي موجود در جهان بستگي دارد. هرچه اين مقدار بيشتر باشد، نيروي گرانش بيشتر مي‌شود. تا زماني‌كه اين مقدار از آستانه‌ي بحراني عبور نكند، جهان به منبسط شدن ادامه مي‌دهد تا بالاخره با پديده‌ي انجماد بزرگ از بين برود. 

اما اگر جرم ماده و انرژي در جهان از آستانه‌ي بحراني رد شود، فرايند انبساط جهان كاهش مي‌يابد تا اينكه به‌طور كامل متوقف ‌شود و گرانش، نيروي غالب در دنيا خواهد شد. در اين حالت، جهان شروع به منقبض شدن مي‌كند. كهكشان‌ها به سمت يكديگر كشيده مي‌شوند، با هم ادغام مي‌شوند و جهان كوچك‌تر و كوچك‌تر مي‌شود؛ و چون جهان كوچك‌تر، جديد‌تر خواهد بود، دما در همه جا به‌طور هم‌زمان افزايش مي‌يابد تا اينكه همه چيز به جهنمي بسيار فشرده تبديل مي‌شود.

صد هزار سال قبل از وقوع بيگ‌كرانچ، تابش زمينه در فضا از سطح بيشتر ستاره‌ها جديد‌تر خواهد شد و به اين ترتيب ستاره‌ها از بيرون شروع به سوختن مي‌كنند. چند دقيقه پيش از وقوع بيگ‌كرانچ، هسته‌ي اتم‌ها دچار واپاشي مي‌شود و بعد، سياه‌چاله‌هاي كلان‌جرم همه چيز را مي‌بلعند. 

در طول قرن بيستم، اخترشناسان مطمئن نبودند كدام ‌يك از اين دو سناريو گزينه‌ي محتمل‌تري براي پايان دنيا است؛ بيگ فريز يا بيگ كرانچ؟ يخ يا آتش؟ آن‌ها سعي كردند با انجام يك سرشماري كيهاني درباره‌ي مقدار اجرام موجود در جهان به جواب برسند. معلوم شد ما به‌طور عجيبي به آستانه‌ي بحراني نزديك هستيم اما سرنوشت‌مان همچنان نامعلوم است. 

اواخر قرن بيستم تمام اين فرضيات تغيير كرد. در سال ۱۹۹۸ دو تيم اخترشناس خبر حيرت‌انگيزي اعلام كردند: سرعت انبساطِ جهان در حال افزايش است. 

اين پديده از اين جهت حيرت‌انگيز است كه تمام ماده و انرژي كه به‌طور عادي در دنيا يافت مي‌شود، هرگز قادر نخواهد بود سرعت انبساط را تا اين حد افزايش دهد. اين اولين مدرك براي كشف نوع جديد انرژي موسوم به «انرژي تاريك» (dark energy) بود كه مثل هيچ چيز ديگري در كيهان رفتار نمي‌كرد. 

وجود انرژي تاريك به اين معني است كه سرنوشت جهان ديگر در دست جرم ماده و انرژي شناخته‌شده نيست. درعوض، اين انرژيِ تاريك است كه كنترل كيهان را در دست گرفته و انبساط جهان را تسريع مي‌كند. در نتيجه، سناريوي بيگ‌كرانچ كه مي‌گفت نيروي گرانش، آنتاگونيست اصلي داستان است و در پايان داستان، همه چيز را در خود مچاله مي‌كند، ديگر چندان محتمل نيست. اما به‌ آن معني نيست كه انجماد بزرگ اجتناب‌ناپذير است؛ چون هنوز گزينه‌هاي ديگري براي پايان جهان وجود دارد. 

تصور كنيد جهان مثل نامه‌هاي كارآگاه گجت كه پس از خواندن به‌طور خودكار منفجر مي‌شد، دكمه‌اي داشته باشد كه با فشار دادن آن، خودش را طوري نابود كند كه تمام اجسام فيزيكي از هستي ساقط شوند و زندگي تا ابد غير ممكن شود.

به اين دكمه‌ي خودتخريب‌گر جهان، پديده‌ي تغيير بزرگ (Big Change) يا زوال خلأ (vacuum decay) مي‌گويند و در مقاله‌اي كه در سال ۱۹۸۰ منتشر شد، دو فيزيكدان به نام سيدني كولمن و فرنك دولوچيا آن را «فاجعه‌ي اكولوژيكي نهايي» ناميدند.  

براي توضيح پديده‌ي خودتخريبي جهان، اول بايد با دو موضوع آشنا شد: سطح انرژي و پايداري

سطح انرژي: هر چيزي در جهان، سطحي از انرژي دارد. مثلا چوب سطح انرژي بالايي دارد؛ اما بعد از سوختن، اين انرژي را به‌صورت گرما از دست مي‌دهد و خاكستري كه از آن باقي مي‌ماند، سطح انرژي پايين‌تري دارد.

پايداري: هر چيزي در جهان سعي دارد به حالت پايه برسد. در حالت پايه، جسم كاملا پايدار است و به پايين‌ترين سطح ممكن از انرژي رسيده. براي مثال توپي كه روي تپه قرار دارد، ناپايدار و پر از انرژي بالقوه است. با ضربه زدن به آن، از شيب تپه به سمت پايين شروع به حركت مي‌كند، انرژي خود را در طول مسير از دست مي‌دهد تا زماني‌كه به پايين تپه و حالت پايه برسد. در اين حالت، توپ بي‌حركت باقي خواهد ماند. 

هرچيزي در جهان از اين دو اصل، يعني سطح انرژي و پايداري، پيروي مي‌كند. اگر چيزي انرژي زيادي داشته باشد، ناپايدار است و مي‌خواهد براي رسيدن به پايداري و حالت پايه از شر اين انرژي خلاص شود. ذراتي كه تحت فرمان مكانيك كوانتومي هستند، مايلند به پايين‌ترين سطح انرژي برسند كه به آن «حالت خلأ» مي‌گويند. در اين حالت، مي‌توان گفت تمام ميدان‌هاي فيزيكي، به جز يكي، به حالت خلأ رسيدند. اين احتمال وجود دارد كه ميدان هيگز (Higgs Field) پايدار نباشد و در واقع «شبه‌پايدار» باشد؛ يعني فقط وانمود مي‌كند كه به حالت خلأ رسيده است، درحالي‌كه اين خلأ ممكن است كاذب (false vacuum) باشد. 

ميدان هيگز جرم ذرات را تعيين مي‌كند و بدين‌ترتيب، نحوه‌ي تعامل تقريبا هر چيزي در جهان زير انديشه متخصصين ميدان هيگز است. حالا اگر اين ميدان در خلأ كاذب باشد، چه مي‌شود؟

به مثال توپ برگرديم. توپ در پايين تپه‌ (ميدان هيگز) از حركت ايستاده و انتظار ما اين است كه به همان حالت باقي بماند، چون تمام انرژي خود را در حال غلطيدن از شيب تپه از دست داده است. اما اگر اين‌جا پايين‌ترين حالت انرژي براي ميدان هيگز نباشد، چه مي‌شود؟ شايد دره‌ي عميق‌تري بعد از اين دره وجود داشته باشد و توپ بخواهد همچنان به غلطيدن ادامه بدهد تا به آن برسد.

اين يعني ميدان هيگز هنوز مقدار زيادي انرژي بالقوه داد و منتظر است آن‌ را آزاد كند. انگار كه ميدان هيگز تكه‌اي چوب آغشته به بنزين و منتظر است جهان را به آتش بكشد. يك جرقه‌ي تصادفي مانند تونل‌زني كوانتومي مي‌تواند اين انرژي پتانسيل را آزاد و فرايندي را آغاز كند كه به آن «زوال خلأ» (vacuum decay) مي‌گويند.

وقتي زوال خلأ شروع شود، ديگر بازگشت از آن ممكن نيست، چون اين فرايند مثل اثر دومينو يك‌باره كل جهان را در بر مي‌گيرد. وقتي ميدان هيگز به سطح انرژي كمتر برخورد مي‌كند، حجم عظيمي از انرژي بالقوه‌ي خود را آزاد مي‌كند. اين انرژي فضاي اطرافش را از مرزي كه آن‌ها را احاطه كرده است به بيرون هل مي‌دهد و باعث آزادسازي انرژي بيشتري مي‌شود. حبابي از ميدان هيگز پايدار (خلأ واقعي) با سرعت نور در تمام جهات شروع به بزرگ شدن مي‌كند. اين حباب را هاله‌اي از انرژي احاطه كرده است كه هرچه به آن برخورد مي‌كند، مي‌بلعد و از هستي ساقط مي‌كند.

اين حباب تا ابد به بزرگ‌تر شدن ادامه مي‌دهد و همه چيز را سر راه خود پاك مي‌كند. اين پديده بدون هيچ هشداري و آن‌قدر سريع اتفاق مي‌افتد كه نمي‌توان هيچ كاري براي مقابله با آن انجام داد. در كسري از ثانيه زمين طوري از بين مي‌رود كه انگار هيچ وقت وجود نداشته است. بدتر از آن، وقتي سطح انرژيِ ميدان هيگز تغيير كند، تمام فيزيك جهان را تحت ‌تأثير قرار مي‌دهد. درون اين حباب، مدل استاندارد فيزيك از كار مي‌افتد، ماهيت ذرات و قوانين فيزيكي حاكم بر آن‌ها تغيير مي‌كند و حتي خود علم شيمي هم نابود و حيات غير ممكن مي‌شود. پس از تغيير بزرگ، حتي انرژي تاريك ممكن است جور ديگري رفتار كند و به‌جاي افزايش سرعت انبساط جهان، باعث انقباض آن شود و به بيگ‌كرانچ بيانجامد. 

البته در حال حاضر كسي نمي‌داند زوال خلأ حقيقت دارد يا فقط ايده‌ا‌ي ترسناك است. اگر در گوشه‌اي از جهان اين حباب‌هاي مرگ شروع به انبساط كرده باشند، جهان آن‌قدر پهناور است كه ميلياردها سال طول مي‌كشد به ما برسند. در ضمن، انبساط جهان حتي مي‌تواند كاري كند اين حباب ها هرگز به كهكشان راه شيري وارد نشوند. سرعت نور در مقياس جهان آنقدرها سريع نيست.

سناريوي چهارم براي پايان دنيا به شكاف بزرگ (مه‌گسست) يا بيگ‌ريپ (Big Rip) مشهور است. خرابكار اصلي دوباره انرژي تاريك است كه شايد بسيار قوي‌تر از آن باشد كه مي‌پنداشتيم و بتواند كل جهان را به‌تنهايي و بدون كمك گرفتن از تغيير، انجماد يا فشردگي بزرگ نابود كند. 

نقش انرژي تاريك در سناريوي بيگ‌ريپ چيست؟ انرژي تاريك خاصيتي عجيبي دارد. درحالي‌كه دنيا منبسط مي‌شود، چگالي انرژي تاريك ثابت مي‌ماند و اين يعني با گذشت زمان و انبساط جهان، بر مقدارانرژي تاريك افزوده مي‌شود تا چگالي‌اش ثابت بماند. اين اتفاق غير عادي است؛ اما هيچ‌كدام از قوانين فيزيك را نقض نمي‌كند؛ براي همين فيزيكدان‌ها با مطرح كردن اين فرضيه اشكالي ندارند.  

البته داستان از اين عجيب‌تر مي‌شود. تصور كنيد چگاليِ انرژي تاريك به ‌جاي ثابت بودن، همپاي انبساط جهان افزايش يابد. به عبارت ديگر، مقدار انرژي تاريك با سرعتي بيشتر از انبساط جهان افزايش يابد. 

اين ايده را رابرت كالدول، استاد فيزيك و ستاره‌شناسي كالج دارتموث آمريكا، مطرح كرد و آن را «انرژي تاريك شبح» (phantom dark energy) ناميد تا داستان از آنچه هست، ترسناك‌تر شود. اگر انرژي تاريك شبح واقعا وجود داشته باشد، آن وقت حق با «جنگ ستارگان» است و جنبه‌ي تاريك سرانجام پيروز داستان خواهد شد.

اما در حال حاضر چگالي انرژي تاريك خيلي كم است؛ حتي كمتر از چگالي اجرام روي زمين. اما با گذشت زمان، چگاليِ انرژي تاريك ممكن است افزايش يابد و تاروپود جهان را از هم بشكافد.

در مقاله‌اي كه در سال ۲۰۰۳ منتشر شد، كادول و همكارانش براي نقش منفيِ انرژي تاريك سناريويي نوشتند و آن را «رستاخيز كيهاني» (cosmic doomsday) ناميدند. وقتي چگالي انرژي تاريك شبح بيشتر از شيء خاصي شود، آن شيء از هم مي‌شكافد و تكه‌تكه مي‌شود. 

در آخر، طي چند ثانيه زمين منفجر خواهد شد. حتي اتم‌ها از هم وامي‌پاشند و در حالي‌كه جهان با سرعتي بيشتر از نور در حال انبساط است، هيچ ذره‌اي قادر به تعامل با ذرات ديگر نيست. در اين حالت، جهان تبديل به ذرات تنهاي بي‌شماري مي‌شود كه در اين فضاي عجيب و بي‌زمان نمي‌توانند با هيچ چيزي تماس برقرار كنند. 

البته خود كادول هم اعتراف كرده سناريوي بيگ‌ريپ «بسيار نامعقول» است، چون فرض آن بر اين است كه ماده و انرژي نمي‌توانند سريع‌تر از سرعت نور حركت كنند.  

تمام اين سناريوها تصوير تاريك و تراژيكي از آينده ترسيم مي‌كنند. اما آيا راهي براي نجات از آن‌ها و اميدي به جان سالم به در بردن وجود دارد؟ 

البته دليلي ندارد از الان درباره‌ي آينده‌ي جهان نگران باشيم. تمام اين سناريوها (به جز تغيير بزرگ كه كاملا تصادفي و يكباره رخ مي‌دهد)، ميلياردها سال طول مي‌كشد تا به وقوع بپيوندند. در ضمن دليلي براي نگراني در مورد آينده‌ي بشر وجود ندارد؛ چون رانش ژنتيكي تا آن زمان آيندگان ما را آنقدر تغيير داده است كه با چيزي كه الان هستيم، هيچ شباهتي نخواهند داشت. اما اگر به پايان تراژيك علاقه‌اي نداريد، شايد بتوان براي اين داستان دست ‌كم پاياني باز ترسيم كرد. 

فريمن دايسون، فيزيكدان مؤسسه‌ي مطالعات پيشرفته در پرينستون نيوجرسي، در مقاله‌ي پژوهشي در سال ۱۹۷۹ اين‌طور نتيجه‌گيري كرد كه حيات در آينده‌ي دور به گونه‌اي دست‌خوش تغيير خواهد شد تا بتواند از انجماد بزرگ جان سالم به در ببرد. اما اين روزها به خاطر كشف انرژي تاريك از خوشبيني‌اش كم شده است. از انديشه متخصصين او، افزايش سرعت انبساط به اين معني است كه زمين در نهايت تماسش را با اكثر كهكشان‌ها از دست خواهد داد و انرژي در دسترس بشر به طرز چشمگيري محدود خواهد شد. 

در اين حالت تنها جنبه‌ي خوشبينانه‌ي داستان اين است كه با بزرگ‌تر شدن جهان، سرعت انبساط آن كاهش يابد. در اين صورت شايد هنوز اميدي به حيات در سناريوي آخرالزمان جهان باشد. 

اما اگر سرعت انبساط كم نشد يا تغيير بزرگ در راه بود، چه مي‌شود؟ برخي فيزيكدان‌ها راه حلي پيشنهاد داده‌اند كه انگار در آزمايشگاه يك دانشمند ديوانه شكل گرفته است. به ‌گفته‌ي اين دسته از فيزيكدان‌ها،‌ از جمله آلن گوت از دانشگاه MIT، براي فرار از پايان دنيا مي‌شود جهان خودمان را در آزمايشگاه بسازيم و داخل آن پناه بگيريم. 

البته گوت تأكيد مي‌كند اگر ساخت آزمايشگاهي جهان ممكن باشد، به تكنولوژي بسيار پيشرفته و حجم عظيمي از انرژي نياز دارد و تا جايي كه مي‌شود آينده را پيش‌بيني كرد، امكان دستيابي به اين تكنولوژي و اين حجم از انرژي وجود ندارد. 

يك سناريوي ديگر هم براي پايان نسبتا خوش اين داستان وجود دارد: فرضيه‌ي چندجهاني (multiverse). اگر فرضيه‌ي چندجهاني حقيقت داشته باشد، تمام اين سناريوهاي تراژيك تنها براي يكي از جهان‌هاي موجود اتفاق مي‌افتد و باقي جهان‌ها به زندگي خود ادامه خواهند داد. اگر خوش‌شانس باشيم، در جهاني زندگي مي‌كنيم كه از اين اتفاقات فاجعه‌آميز در امان است. شايد هم به قول فرانتس كافكا ( نويسنده‌ي آلماني زبان)، «اميد زيادي است، بي‌نهايت اميد...؛ اما نه براي ما.» 

شما متخصص اخبار تخصصي، علمي، تكنولوژيكي، فناوري مرجع متخصصين ايران كدام سناريو را براي پايان جهان محتمل‌تر مي‌دانيد؟ به انديشه متخصصين شما‌ آيا بشر ميلياردها سال بعد موفق خواهد شد راهي براي نجات از پايان دنيا بيابد؟