نجوم و اختر شناسی

گسترش عالم

تا قبل از قرن بيستم، اين مسئله که جهان در حال گسترش است يا انقباض، براي هيچ کس مطرح نشده بود. عموما مي‏پنداشتند جهان همواره در حالتي ثابت موجود بوده است. الکساندر فريدمان فيزيکدان و رياضي دان 30 سال قبل از آن که ادوين هابل نظريه گسترش جهان را مطرح سازد، کشف او را پيش‏بيني کرد و گفت: به هر سوي جهان که نظر کنيم با ديگر بخش‏هاي آن تفاوت ندارد. پس نبايد انتظار داشته باشيم که جهان ساکن و ايستا باشد. در سال 1965 دو دانشمند با آشکارساز قوي خود دريافتند که نويزي که خارج از کهکشان به ما مي‏رسد در همه حال ثابت است پس جهان نيز در همه جهات ـ هر چند در مقياس کلان ـ بايد يکسان باشد. در سال 1929 ادوين هابل متوجه شد که به هر سوي جهان که نظر کنيم کهکشان‏هاي دور به سرعت از ما فاصله مي‏گيرند. به عبارت ديگر، جهان در حال گسترش به نظر مي‏رسد. يعني در گذشته اجزاي آن به هم نزديک‏تر بودند. اين تصوير نوين از جهان بود که هابل ارائه کرد و نشان داد که کهشکان ما تنها کهکشان جهان نيست. کهکشان‏هاي بسيارديگري نيز هست که بين آنها نواحي خالي وسيعي قرار دارد. هابل فواصل 9 کهکشان را محاسبه نمود. هابل براساس مطالعه طيف منتشره از کهکشان‏ها دريافت که بيشتر آنها انتقال به طيف سرخ دارند و اين ميزان نيز کميتي تصادفي نيست و مستقيما با فاصله کهکشان‏ از ما متناسب است، يعني هر چه کهکشان از ما دورتر باشد با سرعت بيشتري از ما فاصله مي‏گيرد. کوازارها (اخترنماها) به عنوان دورترين اجسام عالم به ما با سرعتي 95-90 درصد سرعت نور از ما دور مي‏شوند!
سرعت انبساط جهان بيش از نيروي گرانش است که بتواند آن را متوقف يا منقبض کند. اين مسئله درست مانند پرتاب موشک از زمين است که تنها اگر از سرعتي بحراني بيشتر باشد گرانش آن را متوقف نخواهد کرد و دچار سقوط نخواهد شد. جهان به هنگام گسترش، از ميدان گرانشي، انرژي وام مي‏گيرد تا ماده بيشتري بيافريند. انرژي مثبت ماده درست برابر انرژي منفي گرانش است، پس انرژي کل برابر صفر است. هنگامي که اندازه جهان دو برابر مي‏شود ماده و انرژي‏ گرانشي هر دو دو برابر مي‏شوند و انرژي کل، صفر باقي مي‏ماند. اين وضع شبيه بادکنکي است که پيوسته در آن بدمند. اگر روي اين بادکنک خال‏هايي در نظر گرفته شود، هر چه بادکنک بيشتر گسترش يابد فاصله ميان هر دو خال افزايش مي‏يابد. هر چه خال‏ها از هم دورتر باشند با سرعت بيشتري از هم فاصله مي‏گيرند. در ضمن هيچ يک از خال‏ها را نمي‏توان مرکز گسترش و انبساط دانست. اين تائيديه فرض فريدمان است که از شباهت همه جاي عالم در حالت کلان سخن گفته بود.
اگر کهکشان‏ها اينک از يکديگر دور مي‏شوند بدان معناست که بايد در گذشته به يکديگر نزديک‏تر بوده باشند. اين مبناي فکر اوليه درباره انفجار بزرگ بود.

مدل‏هاي گسترش جهان

1. مدل فريدمان: جهان با سرعت نسبتا کمي در حال گسترش است و جاذبه گرانشي بين کهکشان‏هاي مختلف باعث کندي گسترش شده و سرانجام آن را متوقف مي‏سازد. آنگاه کهکشان‏ها به سوي همه شروع به حرکت مي‏کنند و جهان انقباض مي‏يابد.
2. جهان با چنان سرعتي گسترش مي‏يابد که جاذبه گرانشي هرگز قادر به بازداشتن آن از گسترش نيست، هر چند اندکي از سرعت آن مي‏کاهد.
3. سرعت گسترش جهان به اندازه‏اي است که گيتي از فروپاشي بپرهيزد. سرعت دورشدن کهکشان‏ها از هم کمتر و کمتر مي‏شود ولي هرگز به صفر نمي‏رسد.

حد و مرز عالم

مشخصه مدل اول آن است که جهان در پهنه فضا بيکران نيست اما فضا خود، حد و مرزي ندارد:
کران دار + بي‏حد و مرز
گرانش جنان نيرومند است که فضا را به دور خود خم کرده و چيزي مثل سطح زمين را پديد آورده است اما بجاي دو بعد مثل سطح زمين، سه بعدي است. در مدل دوم، فضا مانند سطح يک زين خميده است پس در اين حالت فضا نامتناهي است. در مدل سوم، فضا تخت و مسطح و در نتيجه نامتناهي است.
هاوکينگ براساس نظريه کوانتمي گرانش بر اين باور است که فضا ـ زمان فاقد کرانه است و بنابراين نيازي به مشخص نمودن رفتار مرزي براي جهان نيست. شرط مرزي جهان عبارت است از آنکه مرزي ندارد. فضا ـ زمان مي‏تواند از نظر وسعت متناهي باشد اما هيچ تکينگي که مرز و لبه‏اي بوجود آورد نداشته باشد مثل سطح زمين که از نظر وسعت متناهي است اما کرانه و بعدي ندارد. هاوکينگ به طنز مي‏گويد: گزارشي از افتادن مردمان از لبه کره زمين در دست نيست! اما او در اينجا به وادي استنتاجي غلط درمي‏افتد و مي‏پندارد: جهان يکسره در خود مي‏گنجد (self contained) و متاثر از جيزي خارج از خود نيست. نه آفريده شده و نه از بين مي‏رود، صرفا وجود دارد! جهان خودگنجاست، يکسره همه چيز خود را دربرمي‏گيرد و به چيزي بيروني که ساعت را کوک کند و آن را به حرکت درآورد نياز نخواهد داشت. در عوض همه چيز در جهان با قوانين دانش و با ريختن تاس درون جهان تعيين مي‏شود. او مي‏گويد اين سخن شايد گستاخانه به نظر برسد. منظور او از تاس ريختن، جاري بودن اصل عدم قطعيت در مکانيک کوانتمي است. او فکر مي‏کرد که با پذيرش شرط بيکرانگي جهان به همراه اصل عدم قطعيت مي‏توان همه سازه‏هاي پيچيده‏اي را که مشاهده مي‏کنيم توضيح داد. بر خلاف او، انشتين سخت بر اين اعتقاد بود که خدا تاس بازي نمي‏کند. البته خود هاوکينگ نيز بعدها اين سخن را تعديل کرد و گفت: اين انديشه که فضا ـ زمان سطح بسته بي‏کرانه‏اي را تشکيل مي‏دهد دلالت ضمن ژرفي پيرامون نقش خداوند در امور عالم دارد. هنوز اين خداست که ساعت جهان را کوک مي‏کند و چگونگي آغاز آن را برمي‏گزيند. او در پذيرش خداي عالم مادامي که جهان آغازي داشته باشد ترديدي نمي‏کند اما در مورد جايگاه آفريدگار در جهان خودگنجا و بي‏آغاز و بي‏پايان و صرفا موجود، هنوز نيز در ترديد است.

نويسنده: مسعود بينش
منبع: كتاب معجزه عقل کل