نجوم و کیهان‌شناسی

مهبانگ کجا اتفاق افتاد؟

یک سؤال رایج این است: «مهبانگ کجا اتفاق افتاد؟»؛ شاید به این دلیل که کسی بتواند به یک راستا اشاره کرده، بگوید: «آن طرف!». البته در یک انفجار متعارف، این یک سؤال کاملاً معقول است، چرا که تمام مواد از یک نقطه، که همان نقطه‌‌‌ی انفجار است، دور می‌‌‌شوند. متأسفانه در مهبانگ موضوع به این سادگی نیست، و به نوعی جواب چنین است: «همه جا و هیچ جا».

قبل از هر چیز به خاطر داشته باشید که تمام زیربنای ما اصل کیهان‌‌‌شناختی است که هیچ نقطه‌‌‌ای را در جهان، ویژه نمی‌‌‌داند. اگر مهبانگ در یک نقطه‌‌‌ی خاص رخ داده باشد، واضح است که آن نقطه ویژه بوده، اصل کیهان‌‌‌شناختی نقض می‌‌‌شود. اما، خودِ زمان و مکان در همان لحظه‌‌‌ی مهبانگ خلق شدند (برخلاف انفجار معمولی که در آن، ماده در فضایی حرکت می‌‌‌کند که پیش از انفجار وجود داشته است). اگر ما هر نقطه‌‌‌ای را در جهانِ امروزی انتخاب کرده، تاریخ را در آن به عقب بازگردانیم، به نقطه‌‌‌ی انفجار خواهیم رسید. در این مفهوم، مهبانگ در همه جای فضا رخ داد.

از یک دیدگاه دیگر، محل مهبانگ هیچ‌‌‌جا نیست؛ چرا که فضا، خود در حال تحول و انبساط است، و از زمان مهبانگ تا کنون تغییر کرده است. جهان را به‌‌‌صورت یک کره‌‌‌ی در حال انبساط تصور کنید. در هر لحظه، فضا عبارت است از سطح این کره، که با گذشت زمان بزرگ‌‌‌تر می‌‌‌شود (دوباره از یک تشبیه دو بُعدی برای فضای واقعی سه بُعدی استفاده کردم). جایی که مهبانگ رخ داد در مرکز این کره است؛ اما دیگر آنجا بخشی از فضا، یعنی سطح کره، جایی که ما زندگی می‌‌‌کنیم، نمی‌‌‌باشد. به‌‌‌ویژه، محدود شدن به سطح کره به این معنی است که ما نمی‌‌‌توانیم به جایی که تصور می‌‌‌شود مهبانگ رخ داده است اشاره کنیم. با وجود این، تمام نقاط در فضای کنونی ما، زمانی در مرکز کره بودند؛ آنگاه که مهبانگ اتفاق افتاد.

 کتاب آشنایی با کیهان‌شناسی نوینُ صفحه ۵۳

مفهوم بی­نهایت برای یک جهان، مانند آنچه در مورد جهان­های باز و تخت گفته می­شود، واقعاً به چه معنی است؟ این ویژگی ربطی به ابدیت جهان ندارد؛ بلکه به این معنی است که حتی علیرغم یک زمان محدود، جهان از اندازه­ای نامحدود برخوردار است. جهان در حقیقت برای همیشه در تمام جهات ادامه می­یابد. حتی بدون در نظر گرفتن این نیز، جهان می­تواند منبسط شود- فاصله­ی بین اجسام، بدون توجه به اینکه اندازه­ی جهان محدود است یا نامحدود، هنوز می­تواند افزایش یابد. (اعداد صحیح را در نظر بگیرید. این اعداد یک مجموعه بی­نهایت را تشکیل می­دهند. اما شما می­توانید هر عضو این مجموعه را دو برابر کنید و یک مجموعه­ی بی­نهایتِ جدید به­دست آورید. در این­صورت، فاصله­ی بین اعداد دو برابر شده است.)

با این همه، این توصیف تنها یک مدل است. ما هیچ روشی در اختیار نداریم که بفهمیم آیا جهان واقعی حقیقتاً برای همیشه ادامه می­یابد یا خیر. دانشمندان اغلب به­جای تمام جهان (که ممکن است بی­نهایت باشد) از یک مفهوم متفاوت به­نام جهان مشاهده­پذیر^[1] سخن می­گویند. جهان مشاهده­پذیر متناظر است با بخشی از جهان که ما عملاً می­توانیم ببینیم، و به­وسیله سرعت متناهی نور محدود می­شود. هر چه از سن جهان می­گذرد، جهان مشاهده­پذیر بزرگ­تر می­شود. دلیل این بزرگ­تر شدن، ترکیبی از دو اثر می­باشد. نخست آنکه، جهان در حال انبساط است، و در ثانی، نور زمان بیشتری را اختیار داشته است تا در پهنه­ی گیتی حرکت کند. در عمل، دانش ما از جهان به همین بخش محدود است، و هیچ راهی در اختیار نداریم که بگوییم آیا همان‌طور که اصل کیهان­شناختی ایجاب می­کند، تا فاصله­ی بی­نهایت ادامه می­یابد یا خیر. برای مثال، ممکن است جهان در مقیاس­های فوق­العاده بزرگ بی­نظم شود، و چند مدل نظری وجود دارد که این را پیش­بینی می­کند. احتمال دیگر در مبحث پیشرفته پ1-3 مورد بحث قرار خواهد گرفت.

کتاب آشنایی با کیهان‌شناسی نوین صفحه 52 و 53

در اینجا یک سؤال رایج که معمولاً پرسیده می­شود این است که آیا کهکشان­های خیلی دور سریع­تر از نور از ما دور می­شوند؟ به عبارت دیگر، اگر سرعت متناسب با فاصله است، در این­صورت چنانچه یک کهکشان از ما به اندازه­ی کافی دور باشد، آیا نمی­توانیم سرعت آن­را تا آنجا که دوست داریم، بر خلاف نظریه­ی نسبیت، زیاد کنیم؟

پاسخ این است که قطعاً در پیش­بینی­های نظری ما، اجسام دور می­توانند این­گونه به­نظر آیند که سریع­تر از نور از ما دور می­شوند. البته این خود فضا است که در حال انبساط می­باشد. علیت زیر پا گذاشته نمی­شود، چرا که هیچ سیگنالی را نمی­توان بین این کهکشان­ها ارسال نمود. به علاوه، نسبیت خاص نیز نقض نمی­گردد، زیرا این نظریه در مورد سرعت نسبی اجسامی است که از کنار یکدیگر عبور می­کنند، و نمی­توان آن­را برای مقایسه سرعت نسبی اجسام دور به­کار برد^[1].

برای درک بهتر آنچه گفته شد، تعدادی مورچه را بر روی یک بادکنک تصور کنید. فرض کنید یک مورچه حداکثر بتواند با سرعت یک سانتیمتر بر ثانیه حرکت کند. در این­صورت، چنانچه دو مورچه در جهت خلاف یکدیگر از کنار هم بگذرند، بیشینه­ی سرعت نسبی آن­ها دو سانتیمتر بر ثانیه خواهد بود. حال بادکنک را باد کنید. بادکنک زیر پای مورچه­ها منبسط می­شود، و علیرغم اینکه بیشینه سرعت پرسه­زنی مورچه­ها هنوز یک سانتیمتر بر ثانیه است، در صورتی که بادکنک با سرعت کافی باد شود، دو مورچه­ی دور از هم را می­بینید که به­راحتی با سرعتی بیش از دو سانتیمتر بر ثانیه در حال دور شدن از یکدیگر می­باشند. در این­صورت، آن­ها هرگز نمی­توانند به یکدیگر برسند و دیگری را از وضعیت خود خبر دهند؛ چرا که حتی در صورت حرکت با بیشینه سرعت، بادکنک آن­ها را سریع­تر از آنکه بتوانند به هم برسند، از یکدیگر دور می­کند. دو مورچه نزدیک هم در صورت عبور از کنار یکدیگر، هرگز سرعت نسبی بیش از دو سانتیمتر بر ثانیه نخواهند داشت، حتی اگر بادکنک در حال انبساط باشد.

انبساط جهان نیز درست شبیه به بادکنک است، و کهکشان­ها را با خود می­بَرد.

[1]- «... اینشتین در سال 1905 میلادی مقاله خود درباره نظریه نسبیت خاص را منتشر کرد. یکی از نتایج این نظریه آن بود که هیچ چیز نمی­تواند با سرعتی بیش از سرعت نور درمیان فضا عبور کند. ... کلمه درمیان را عمداً مورب نوشتم. زیرا انبساط جهان می­تواند اجسام را با سرعتی بیش از سرعت نور با خود جابه­جا کند. ما معتقدیم که این اتفاق یک­بار در نزدیکی پیدایش جهان رخ داده است (در اصطلاح آن دوره را تورم می­نامند).» کتاب درآمدی بر نجوم و کیهان­شناسی، ص 50.

 کتاب آشنایی با کیهان‌شناسی نوین صفحه ۴۲ و ۴۳