آيا جهان بي‌پايان است؟

 طبق روايت رايج، جهان داراي يك آغاز، ميانه و يك پايان است. آغاز جهان با رويداد بيگ‌بنگ در حدود ۱۳/۸ ميليارد سال پيش آغاز مي‌شود. جهان در آن زمان، توده‌اي كوچك، جديد و متراكم بود. در كمتر از يك ميلياردم ميلياردم ثانيه، در فرآيندي به‌نام «تورم كيهاني»، اندازه‌ي جهان ميلياردها برابر افزايش يافت.

پس از توقف تقريبي تورم، فرايند «خروج مطلوب» آغاز شد. سرد شدن و انبساط جهان با كسري از سرعت اوليه، ادامه يافت. پس از ۳۸۰ هزار سال، جهان به‌قدري متراكم بود كه حتي نور قادر به حركت در آن نبود. كيهان از پلاسماي مات و بسيار جديدي ذرات پراكنده تشكيل شده بود. پس از سرد شدن تدريجي مواد و تشكيل اتم‌هاي هيدروژن، شفافيت جهان افزايش يافت. انفجار تشعشعات در هر جهتي رخ مي‌داد و جهان در آغاز راه تبديل به موجوديت كنوني خود بود؛ جهاني با نوارهاي وسيع خالي كه با توده‌‌ي ذرات، غبار، ستاره‌ها، سياهچاله‌ها، كهكشان‌ها، پرتوها و ديگر اشكال انرژي و ماده پر شده بود.

سرانجام، توده‌هاي ماده به‌قدري از يكديگر فاصله مي‌گيرند كه رفته رفته ناپديد مي‌شوند و جهان به سوپي سرد و يكپارچه از فوتون‌هاي مجزا تبديل خواهد شد. چنين پاياني زياد هم دراماتيك نيست، بلكه حتي مي‌تواند پاياني خوشايند تلقي شود.

جهان كنوني، تركيبي از توده‌هاي ذرات، غبار، ستاره‌ها، سياهچاله‌، كهكشان‌ها و پرتوها است

اما اگر بيگ بنگ نقطه‌ي آغاز جهان نباشد، چه جايگزيني براي آن وجود دارد؟ شايد بيگ‌بنگ صرفا «جهشي بزرگ» (Big Bounce) در چرخه‌ي پيوسته‌ي انبساط و انقباض بوده است. يا مي‌تواند نقطه‌ي انعكاسي باشد كه تصوير بازتاب آن از جهان در حال انبساط در سمت ديگري شكل گرفته است. در اين تصوير ضدماده جايگزين ماده شده است و زمان به عقب حركت كرده است (شايد هم آينه‌اي به سمت زندگي در اين سوي جهان وجود داشته باشد).

خراش‌هاي به‌جامانده از بيگ بنگ در پرتوي ضعيف ماكروويو كه در كل كيهان گسترش يافته‌اند، نشان‌دهنده‌ي سرنخ‌هايي در رابطه با ظاهر اوليه‌ي جهان است.

نيل توروك، رئيس سابق مؤسسه‌ي فيزيك انديشه متخصصيني پريميتر در واترلوي كانادا مي‌گويد: «بايد اعتراف كنم از همان ابتدا هم حس خوبي نسبت به انديشه متخصصينيه‌ي تورم كيهاني نداشتم». به‌گفته‌ي پاول استين هاردت، استاد دانشگاه پرينستون و يكي از حاميان انديشه متخصصينيه‌ي «جهش بزرگ»: «الگوي انبساط شكست خورده است.» همچنين روجر پنروس، استاد رياضي دانشگاه آكسفورد مي‌گويد:

من هميشه انبساط را انديشه متخصصينيه‌اي جعلي مي‌دانستم. دليل اصلي پايداري اين انديشه متخصصينيه تا امروز، تصور افراد نسبت به تغييرناپذيري مقياس نوسان‌هاي دما در پس‌زمينه‌ي تابش ماكرويوي كيهاني است.

پس‌زمينه‌ي ماكروويوي كيهاني يا CMB، يكي از معيارهاي اوليه‌ي تمام مدل‌هاي جهان است كه براي اولين‌بار در سال ۱۹۶۵ ديده شد. CMB، پرتويي ضعيف و محيطي است كه تقريبا همه جاي دنياي مرئي پيدا مي‌شود و قدمت آن به لحظه‌اي بازمي‌گردد كه جهان در حال شفاف شدن بود. CMB، منبع اصلي و اسرارآميزي براي پي‌بردن به ظاهر اوليه‌ي جهان است كه فيزيك‌دان‌ها هنوز به راز آن پي نبرده‌اند. CMB از تمام جهت‌ها و از ديد تمام راديوتلسكوپ‌ها يكسان به‌انديشه متخصصين مي‌رسد. حتي در نقاطي كه ظاهرا در كل تاريخ ۱۳.۸ ميليارد ساله‌ي جهان با يكديگر ارتباطي نداشته‌اند، چنين شباهتي ديده مي‌شود. به‌گفته‌ي كتي مك، كيهان‌شناس دانشگاه ايالتي كاروليناي شمالي:

دماي CMB در هردو سمت آسمان يكسان است؛ درحالي‌كه برخي نقاط هيچ تماسي با يكديگر نداشته‌اند. در گذشته، شايد چيزي اين دو بخش را به يكديگر وصل كرده است. اتصالي كه عامل دماي يكسان در هردو بخش است.

اگر مكانيزم متعادل‌سازي دما در جهان مرئي وجود نداشته باشد، بايد تغييرات و بي‌نظمي در بخش‌هاي مختلف جهان افزايش پيدا كنند انبساط، راه حلي براي «مسئله‌ي همگوني» است. باتوجه به بازه‌ي انبساط ديوانه‌وار و سريع جهان، همه چيز از دسترس و ديد مرئي دور شده است. جهان مرئي از بخشي كوچك و همگون در جرم جديد اوليه توسعه يافت و منجر به توليد CMB يكپارچه شد. شايد هم انسان فقط قادر به ديدن جهان منظم باشد و بخش‌هاي ديگر بي‌نظم باشند.

فيزيك‌دان‌هاي تئوري معتقدند انديشه متخصصينيه‌ي انبساط در محاسبه‌ي ميزان گسترش ماده و انرژي مرئي در جهان، شكست خورده است

به‌گفته‌ي مك:

به‌انديشه متخصصين مي‌رسد انديشه متخصصينيه‌ي تورم از داده‌هاي پيش‌فرض كافي برخوردار باشد. من اين انديشه متخصصينيه را در كلاس‌هايم تدريس كردم؛ اما نمي‌توان با قطعيت درباره‌ي تورم كيهاني سخن گفت. از طرفي، داده‌ها شواهد محكمي را در اين باره نشان مي‌دهند و اغلب افراد هم به همين داده‌ها استناد مي‌كنند.

انديشه متخصصينيه‌ي تورم كيهاني، نواقصي دارد. مهم‌تر از هرچيز، هيچ مكانيزم قابل تعريفي براي آغاز تورم يا هيچ توضيح قابل تستي براي پايان مطلوب آن وجود ندارد. يكي از ايده‌هاي طرفداران تورم، تشكيل «ميدان تورم» توسط ذرات است كه زمينه‌ي آغاز تورم را فراهم كرده است و سپس فروپاشي ذرات و تبديل جهان به شكل كنوني رخ داده است.

اما حتي با وجود فرضيه‌هاي يادشده، تورم كيهاني منجر به پيش‌بيني‌هايي مي‌شود كه تاكنون اثبات نشده‌اند. براساس اين انديشه متخصصينيه، امواج گرانشي آغازين، باعث پيچ خوردن فضا، زمان شده‌اند. امواج گرانشي با بيگ بنگ در كل جهان توسعه يافته‌اند؛ اما با وجود كشف انواع امواج گرانشي، هيچ‌كدام از آن‌ها به اثبات انديشه متخصصينيه‌ي تورم كيهاني كمك نمي‌كنند.

آيا واقعا بايد تصور كنيم، تعدادي نامتناهي جهان بي‌نظم وجود دارد كه تاكنون هرگز آن‌ها را نديده‌ايم و توضيحي برايشان نداريم و جهان يك دست مرئي را ناديده بگيريم؟ پاسخ من خير است. بايد به‌دنبال ايده‌هاي بهتري باشيم.

بيگ بنگ شايد صرفا نقطه‌ي گذاري از يك دوره‌ي فضا زمان به دوره‌اي ديگر بوده است. شايد بيگ‌بنگ صرفا يك جهش بوده نه نقطه‌ي آغاز جهان.

طبق انديشه متخصصينيه‌ي بيگ بنگ، فضا و زمان از نقطه‌اي آغاز شده‌اند. انديشه متخصصينيه‌ي «جهش بزرگ» يا بيگ باونس، چشم‌انداز بيگ بنگ از جهان جديد و متراكم در ۱۳.۸ ميليارد سال پيش و انبساط و سرد شدن تدريجي آن را رد نمي‌كند؛ اما اين انديشه متخصصينيه، بيگ بنگ را صرفا لحظه‌ي گذار از فاز قبلي جهان مي‌داند كه در حال انقباض بوده است و آن را نقطه‌ي آغاز جهان نمي‌داند.

به‌گفته‌ي استين هاردت، در جهش بزرگ، بخش‌هاي دوردست جهان با يكديگر به تعامل پرداخته و جهان يكدستي را پديد آوردند كه عامل اين يكدستي، منابع يكسان CMB است. درواقع شايد زمان هميشه وجود داشته است. استين هاردت مي‌گويد:

اگر در گذشته‌ي ما جهشي رخ داده باشد، چرا تعداد زيادي از اين جهش‌ها را نمي‌بينيم؟ شايد در آينده، جهشي ديگر رخ دهد. جهان رو به انبساط مي‌تواند منقبض شود و مجددا به وضعيت متراكم خود در آغاز چرخه‌ي جهش باز گردد.

استين هاردت و توروك براي توليد مدل اوليه‌ي جهش بزرگ با يكديگر همكاري مي‌كنند. طبق اين مدل، جهان به‌قدري كوچك مي‌شود كه فيزيك كوانتوم از فيزيك كلاسيك سبقت مي‌گيرد و پيش‌بيني‌ها مبهم و دشوار مي‌شوند؛ اما اخيرا، آنا ايجاس، همكار ديگر استينهاردت، مدلي را توسعه داده است كه طبق آن جهان هرگز به‌قدري كوچك نخواهد شد كه فيزيك كوانتوم در آن غالب شود. استينهاردت مي‌گويد:

تورم كيهاني، فرضيه‌اي كسل‌كننده و محافظه‌كارانه است كه صرفا براساس معادلات كلاسيك توصيف مي‌شود. تورم كيهاني مي‌گويد جهان چندبخشي است و احتمال‌هايي نامتناهي براي پايان آن وجود دارد و ما در بخش يكدست و مسطح جهان زندگي مي‌كنيم. طبق مدل جهش بزرگ، جهاني كه در آن زندگي مي‌كنيم همان جهان يكسان و مسطحي است كه بايد باشد.

نيل توروك، انديشه متخصصينيه‌ي «جهان آينه‌اي» را به‌عنوان جايگزين ساده‌تر انديشه متخصصينيه‌ي تورم كيهاني پيشنهاد مي‌دهد. طبق اين انديشه متخصصينيه، جهان ديگري در آن‌سوي بيگ‌بنگ وجود دارد كه مانند جهان ما در حال انبساط است، ضد ماده در آن غالب است و قوانين فيزيكي آن مشابه قوانين فيزيك اين جهان است. به اين جهان ضد جهان هم گفته مي‌شود. توروك مي‌گويد: «براساس مشاهدات سي سال گذشته، متوجه شدم جهان به طرز غيرقابل باوري ساده است. در مقياس‌هاي بزرگ، بي‌نظم و تصادفي نيست. بلكه به طرز شگفت‌انگيزي منظم و قانون‌مند است و تنها با معيارهاي محدودي مي‌توان به توصيف آن پرداخت.»

جهاني كه در جهت زمان روبه جلو حركت مي‌كند، مي‌تواند انعكاسي بي‌نقص داشته باشد كه در آن سوي بيگ‌بنگ قرار گرفته است

توروك هيچ جايگاهي براي جهان چندبخشي، ابعاد بيشتر يا ذره‌هاي جديد قائل نيست. جهان آينه‌اي مي‌تواند راه‌حلي براي يكي از بزرگ‌ترين رازهاي جهان باشد. حتي اگر كل جرم شناخته‌شده‌ي جهان با يكديگر جمع شود (شامل ستاره‌ها، سحابي‌ها، سياهچاله‌ها و ...)، نمي‌تواند جاذبه‌ي كافي را براي حركت داخل و بين كهكشان‌ها فراهم كند. بخش زيادي از كهكشان را ماده‌‌ي نامرئي تاريك تشكيل مي‌دهد. اين ماده‌ي اسرارآميز تقريبا ۸۵ درصد از كل ماده‌ي موجود در جهان را تشكيل مي‌دهد.

شايد، چالش‌برانگيز‌ترين جايگزين بيگ بنگ و تورم كيهاني، انديشه متخصصينيه‌ي «كيهان شناسي حلقوي ساختاري» (CCC) از راجر پن روس است. اين مدل هم مانند جهش بزرگ، جهاني را توصيف مي‌كند كه هميشه وجود داشته است؛ اما در CCC، جهان هرگز دچار انقباض نمي‌شود، بلكه هميشه منبسط مي‌شود. پنروس مي‌گويد:

من هميشه معتقد بودم، بيگ‌بنگ نقطه‌ي آغاز نيست. چشم‌انداز كنوني جهان و كل تاريخ جهان را ابديتي در يك توالي از ابديت‌ها تصور مي‌كنم.

طبق مدل پنروس، بخش زيادي از مواد موجود در جهان، جذب سياهچاله‌هاي ابرغول‌آسا مي‌شوند. با انبساط و سرد شدن جهان نزديك به صرف مطلق، سياهچاله‌ها از طريق پديده‌اي به‌نام تابش هاوكينگ، تبخير مي‌شوند. پنروس مي‌گويد: «براي تصور ابديت، بايد رقمي مثل سال‌هاي گوگل را در انديشه متخصصين بگيريد كه به‌معني عدد يك با ۱۰۰ صفر است. در اين سال‌ها حتي بزرگ‌ترين اجرام هم محو مي‌شوند؛ و نتيجه‌ي نهايي، جهاني مملو از فوتون‌ها است.» در اين نقطه جهان به شكل آغازين خود نزديك مي‌شود و زمينه را براي ابديتي ديگر فراهم مي‌كند.

طبق انديشه متخصصينيه‌ي كيهان‌شناسي حلقوي ساختاري، بخش زيادي از جهان وارد سياهچاله‌هاي عظيمي مي‌شود كه بعدها تبخير مي‌شوند

يكي از پيش‌بيني‌هايي CCC اين است كه ممكن است مجموعه‌اي از ابديت‌ها در تابش پس‌زمينه‌ي ماكرويوي كيهاني، زمينه‌سازي مدل تورم كيهاني شده باشند. هنگامي ‌كه سياهچاله‌هاي غول‌آسا به يكديگر برخورد مي‌كنند، بر اثر برخورد انرژي زيادي به شكل امواج گرانشي آزاد مي‌شود. با تبخير سياهچاله‌هاي غول‌آسا، مقادير زيادي از انرژي به شكل فوتون‌هاي كم فركانس منتشر مي‌شوند. هر دو پديده به‌قدري قدرتمند هستند كه به‌گفته‌ي پنروس مي‌توانند تا سمت ديگر گذار توسعه پيدا كنند و هر كدام سيگنالي مشابه بازتابي از گذشته را در CMB به‌جاي بگذارند.

پنروس، الگوهاي به جا مانده از تبخير سياهچاله را «نقاط هاوكينگ» مي‌نامد. در ۳۸۰ هزار سال اوليه‌ي ابديت فعلي، اين نقاط صرفا نقاط كوچكي در كيهان بودند اما با انبساط جهان، به شكل لكه‌هايي در كل آسمان ظاهر شدند. پنروس براي مطالعه الگوها و جستجوي واقعي آن‌ها با تيمي از كيهان‌شناسان لهستاني، كره‌اي و ارمني به مقايسه‌ي اندازه‌گيري‌هاي CMB با هزاران الگوي تصادفي مي‌پردازد. او مي‌گويد: «ما با اطمينان ۹۹.۹۸ درصد به لكه‌هاي موجود در آسمان پي برديم.» البته دنياي فيزيك هنوز نسبت به اين نتايج مشكوك است و كيهان‌شناسان تمايل زيادي به تحليل نتايج پنروس ندارند.»

بعيد است كه بتوان به‌صورت مستقيم اتفاقات اولين لحظه پس از بيگ بنگ را رصد كرد. پلاسماي بسيار جديد مات در لحظات اوليه ممكن است تا ابد از نگاه انسان مخفي بماند؛ اما پديده‌هاي قابل مشاهده‌ي ديگري مثل امواج گرانشي آغازين، سياهچاله‌هاي آغازين، نوترينوهاي راست دست مي‌توانند سرنخ‌هايي درباره‌ي صحت انديشه متخصصينيه‌هاي كيهاني ارائه كنند. مك مي‌گويد:

با توسعه‌ي انديشه متخصصينيه‌ها و مدل‌هاي جديد كيهان‌شناسي، مي‌توان به جستجوي پيشگويي‌هاي جذاب ديگري پرداخت. اميدواريم بتوانيم به‌صورت مستقيم آغاز جهان را ببينيم، اما شايد از طريق اتفاقات نزديك به آغاز جهان هم بتوانيم به ساختار فيزيكي آن پي ببريم.

تا زمان به نتيجه رسيدن پژوهش‌ها، داستان آغاز و پايان جهان همچنان موضوع مباحثه و جدل باقي خواهد ماند.