گیتی و هر آنچه باید در مورد آن بدانید (بخش دوم)

در بخش اول مقاله گیتی و هر آنچه باید در مورد آن بدانید، عالم را تعریف کردیم و چگونگی تکامل آن از نقطه‌ای به نام تکینگی را بررسی کردیم؛ همچنین به بررسی نظریه مه‌بانگ پرداختیم و مراحل وقوع آن را نیز تشریح کردیم. حال در بخش دوم این مقاله، با ساختار عالم آشنا می‌شویم و به آینده سفر می‌کنیم تا از سرنوشت عالم آگاه شویم؛ همچنین با تعدادی از افرادی را که در طول تاریخ به شناخت جهان کمک کرده‌اند، آشنا می‌شویم.

ساختار عالم

اندازه، شکل و مقیاس بزرگ و واقعی عالم هنوز به‌طور دقیق مشخص نیست و دانشمندان سعی می‌کنند به کمک پژوهش‌های در حال انجام، پاسخی برای آن‌ها بیابند. همان‌طوری که بخش اول مقاله گفته شد، اگر شما از هر جهتی به آسمان نگاه کنید، در فاصله ۱۳.۸ میلیارد سال نوری می‌توانید تابش زمینه کیهانی را مشاهده کنید که قدیمی‌ترین نور موجود در عالم به شمار می‌رود؛ اما جالب است بدانید که این فاصله، حد واقعی عالم نیست. این موضوع را در نظر داشته باشید که عالم برای میلیاردها سال است که به‌صورت شتاب‌دار با سرعت‌هایی فراتر از سرعت نور منبسط می‌شود؛ بنابراین هر مرزی که در فاصله‌ای معین مشاهده می‌کنید، فراتر از آن‌ چیزی است که مشاهده کرده‌اید و آنچه دیده‌اید یک سراب است.

مدل‌های جدید کیهان‌شناسی می‌گویند که قطر عالم چیزی در حدود ۹۱ میلیارد سال نوری (۲۸ میلیارد پارسک) است. به عبارت دیگر، اگر سامانه خورشیدی را به‌عنوان مرکز این عالم فرض کنیم، از هر جهت به فاصله ۴۶ میلیارد سال نوری، جهان قابل مشاهده وجود دارد. لازم است که بدانید لبه‌ی عالم، قابل مشاهده نیست و هنوز هم مشخص نیست که آیا این عالم لبه‌ای دارد یا خیر؛ تا جایی که ما می‌دانیم، عالم تا بی‌نهایت گسترده شده است.

درون جهان قابل مشاهده، ماده به‌صورت ساختارهای بسیار بزرگی توزیع شده است. یکی از این ساختارهای بزرگ، کهکشان‌ها هستند که خودشان شامل سیاره‌ها، ستاره‌ها و سحابی‌ها می‌شوند و بخشی از این ماده نیز در فضای میان‌سیاره‌ای و میان‌ ستاره‌ای پخش شده است. در واقع کهکشان‌ها ساختارهای بسیار کوچکی از این عالم به شمار می‌روند. کهکشان‌ها توسط فضایی مملو از گاز و غبار، از یکدیگر جدا شده‌اند و ساختارهای بزرگ‌تری تشکیل داده‌اند. در مقیاس بزرگ، یعنی مقیاسی که در آن خوشه‌ها و ابرخوشه‌های کهکشانی حضور دارند، شما شبکه‌هایی بسیار پیچیده و وسیع از ساختارهای بسیار بزرگ را مشاهده خواهید کرد که رشته‌هایی متراکم از ماده و حفره‌های کیهانی غول‌پیکر (اندازه برخی از آن‌ها به چندین میلیارد سال نوری می‌رسد) را در بر گرفته‌اند.

در خصوص شکل عالم نیز گفته می‌شود که به‌احتمال زیاد، فضا-زمان یکی از سه شکل زیر را دارد:

• شکل کُره با خمش مثبت
• شکل هیپربولیک با خمش منفی
• شکل تخت با خمش صفر

این شکل‌های احتمالی با در نظر گرفتن دست‌ کم چهار بعد فضا-زمان (محور مختصاتی X، محور مختصاتی Y، محور مختصاتی Z و بُعد زمان) مطرح شده‌اند و به ماهیت انبساط کیهانی و متناهی یا نامتناهی بودن آن بستگی دارند. جهانی با خمش مثبت (جهانی بسته)، یک کُره‌ی چهاربعدی است که در فضا محدود است و هیچ لبه‌ی ظاهری قابل تشخیصی ندارد. جهانی با خمش منفی (جهانی باز)، یک شکل هیپربولیک (مانند زین اسب) چهاربعدی است که هیچ‌گونه مرزی در فضا و زمان ندارد و می‌تواند نامتناهی باشد.

اگر شکل کلی جهان را کُروی فرض کنیم، یعنی میزان انرژی بیش از اندازه است و این یعنی می‌تواند مانع از انبساط جهان شود و در یک نقطه‌ی خاص از فضا-زمان، آن را متوقف می‌کند. اگر جهان را به شکل یک زین اسب نامتناهی در نظر بگیریم، مقدار انرژی بسیار اندک خواهد بود و هیچ‌گاه نمی‌تواند در مقابل انبساط عالم ایستادگی کند. در نهایت به سومین شکل احتمالی عالم، یعنی شکل تخت با خمش صفر می‌رسیم. در این حالت، قطعاً مقدار معینی از انرژی وجود دارد و می‌تواند گسترش عالم را پس از گذشت مقداری نامتناهی از زمان، متوقف کند. بسیاری از دانشمندان بر این باورند که در حقیقت، شکل کلی عالم، تخت است و تا بی‌نهایت گسترش یافته است.

سرنوشت جهان

ما فرض را بر این گذاشتیم عالمی که در آن زندگی می‌کنیم، دارای یک نقطه سرآغاز بوده است و این یعنی ناخودآگاه این پرسش در ذهن ما ایجاد می‌شود که نقطه‌ی پایان آن کجا است. اگر جهان ما از یک نقطه با چگالی بی‌نهایت شروع به گسترش کرده؛ آیا می‌تواند به‌طور نامتناهی گسترش یابد؟ آیا این امکان وجود دارد که این نیروی عظیم، ضعیف شود و عالم مجددا منقبض و در یک نقطه کوچک جمع شود؟

کیهان‌شناسان وقتی که در مورد درستی یا نادرستی مدل‌هایی که چگونگی آغاز جهان را توصیف می‌کنند بحث کردند، همواره سعی داشته‌اند که در مورد پرسش‌های بالا نیز فکر کنند و پاسخی مناسب برای آن‌ها بیابند. همان‌طوری که پیش‌تر گفته شد، مه‌بانگ پذیرفته‌شده‌ترین نظریه درباره سرآغاز جهان است و وقتی که کیهان‌شناسان نیز آن را پذیرفتند (پیش از مشاهده نشانه‌هایی از انرژی تاریک در دهه ۱۹۹۰ میلادی)، تصمیم گرفتند دو احتمال را در مورد اتفاقاتی که قرار است برای عالم رخ دهند، در نظر بگیرند.

در وهله‌ی اول، کیهان‌شناسان نظریه شناخته‌شده مه‌رمب یا فشردگی بزرگ (Big Crunch) را مطرح کردند. با توجه به این نظریه، عالم می‌تواند به حداکثر اندازه‌ی خود برسد؛ اما پس از آن در خود فرومی‌ریزد. فشردگی بزرگ تنها زمانی می‌تواند رخ دهد که میزان چگالی جرمی عالم از چگالی بحرانی آن بیشتر شود. به عبارت دیگر تا زمانی که چگالی ماده با مقدار اساسی ^۲۶-۱۰×۳ یا ۱ کیلوگرم ماده بر متر مکعب برابر یا بیشتر باشد، جهان به شکل فعلی به گسترش خود ادامه می‌دهد.

یک نظریه دیگر می‌گوید اگر چگالی در جهان با مقداری که گفته شد برابر نباشد و کمتر از آن باشد، سرعت انبساط جهان کاهش می‌یابد ولی هیچ‌گاه متوقف نمی‌شود. این نظریه با نام انجماد بزرگ (Big Freeze) شناخته می‌شود. عالم تا زمانی به انبساط خود ادامه می‌دهد که شکل‌گیری ستاره‌ها در نهایت با مصرف تمام گازهای میان‌‌ستاره‌ای در هر کهکشان، متوقف شود و هم‌زمان بسیاری از ستاره‌های موجود نیز به پایان عمر خود رسیده‌ باشند و به کوتوله‌های سفید، ستاره‌هایی نوترونی یا سیاه‌چاله تبدیل شده‌ باشند. به‌تدریج، با افزایش تعداد سیاه‌چاله‌ها امکان برخورد آن‌ها نیز بیشتر می‌شود و وقتی که با یکدیگر برخورد می‌کنند، ترکیب و باعث شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های بزرگ‌تری می‌شوند.

در این زمان است که میانگین دمای عالم به صفر مطلق نزدیک می‌شود و سیاه‌چاله‌ها نیز پس از ساطع کردن آخرین تابش هاوکینگ خود، تبخیر می‌شوند. در نهایت، آنتروپی جهان تا نقطه‌ای افزایش می‌یابد که دیگر هیچ شکل سازمان‌یافته‌ای از انرژی نمی‌تواند از آن استخراج شود. نظریه‌ی انجماد بزرگ با نام نظریه مرگ گرما نیز شناخته می‌شود.

رصدهایی که در سال‌های اخیر انجام شده‌اند و وجود انرژی تاریک و تأثیر آن بر انبساط کیهانی را در نظر گرفته‌اند، ما را به این نتیجه رسانده‌اند که با گذشت زمان بخش‌هایی جهان قابل مشاهده، رفته‌رفته از افق رویداد ما (تابش زمینه کیهانی یا مرز جهان نیز نامیده می‌شود) فراتر می‌روند و از دید ما برای همیشه ناپدید می‌شوند. نتیجه‌ی نهاییِ عالم ما هنوز به‌طور دقیق قابل پیش‌بینی نیست؛ اما رصدهایی که انجام شده‌اند، احتمال وقوع نظریه مرگ گرما را بیشتر از سایرین می‌دانند.

در حال حاضر توضیح دقیقی برای انرژی تاریک وجود ندارد؛ بنابراین توصیف‌های بسیاری برای آن وجود دارند که تعدادی از آن‌ها با نام نظریه‌های فانتوم شناخته می‌شوند. یکی از مشهورترین نظریه‌هایی که در چهارچوب نظریه‌های فانتوم قرار می‌گیرد، نظریه مه‌گسست (Big Rip) است که می‌گوید با ادامه انبساط شتاب‌دار جهان، به‌تدریج خوشه‌های کهکشانی، ستاره‌ها، سیاره‌ها، اتم‌ها، هسته‌ها و حتی خود ماده از یکدیگر جدا می‌شوند و سرانجام از بین می‌روند و فضایی نامتناهی از پوچی باقی می‌ماند.

تاریخچه‌ی مطالعه عالم

انسان‌ها همواره، حتی از دوران ماقبل تاریخ به جهانی که در آن زندگی می‌کنند، اندیشیده‌اند و روی آن مطالعه کرده‌اند تا بتوانند آن را بیشتر بشناسند. انسان‌هایی که در روزگاران کهن زندگی می‌کردند، اساطیر بسیاری داشتند و خلقت هر گوشه از جهان را به یکی از این اساطیر نسبت می‌دادند و داستان‌های خود را نسل به نسل و سینه‌ به‌ سینه منتقل کردند. انسان‌ها در آن زمان داستان‌های بسیار جالبی برای یکدیگر تعریف می‌کردند. به‌عنوان مثال، آن‌ها می‌گفتند خدایان باستانی طی یک رویداد خلقت، توانسته‌اند فضا، زمان و سایر پدیده‌ها را خلق کنند. در آن زمان همه چیز را به خدایان نسبت می‌دادند؛ اما بعدها تعریف انسان‌ها از خدا، دچار دگرگونی شد و دیدگاه چندخدایی در میان مردم کمرنگ شد و همین موضوع باعث شد که مردم بیشتر در مورد جهان فکر کنند.

در دوران بابلی‌های باستان،  دانش ستاره‌شناسی به وجود آمد تا به‌عنوان یک علم، به بررسی این جهان بپردازد. این دانشمندان بابلی بودند که اوایل هزاره‌ی دوم پیش از میلاد مسیح موفق شدند برای نخستین بار سامانه‌های صور فلکی را مشخص کنند و تقویم نجومی را تنظیم کنند. آن‌ها علم نوین کیهان‌شناسی را پایه‌ریزی کردند و سنت‌های پیشینیان را رد کردند و آینده این علم را ساختند و ما نیز امروزه تأثیرات این کارها را مشاهده می‌کنیم. از زمان اروپای دوران قدیم، ناگهان دیدگاه توضیح جهان با قوانین فیزیکی ظهور کرد.

بین دانشمندان یونانی و هندی در دوران باستان همواره اختلافاتی بنیادین وجود داشت و طرفین سعی داشتند که ریشه‌یابی جهان را به علم فلسفه نسبت دهند و سعی می‌کردند به کمک فلسفه توضیحی برای جهان بیابند. آن‌ها به‌جای این‌که بر خلقت تأکید داشته باشند، در تلاش بودند تا پدیده‌های عالم را به کمک علت و معلول بیان کنند. به‌عنوان مثال، تالس و آناکسیماندر که دو دانشمند اهل یونان باستان بودند، تصور می‌کردند که هر چیزی از یک شکل خاص باستانی از ماده به  وجود آمده است.

در قرن پنجم پیش از میلاد مسیح، یک فیلسوف پیشاسقراطی به نام اِمپِدوکلِس که در حیطه‌ی فلسفه‌ی غربی کار می‌کرد، به نخستین فردی تبدیل شد که گفت جهان از چهار عنصر اساسی خاک، هوا، آب و آتش تشکیل شده است. این دیدگاه فلسفی در محافل غربی بسیار مشهور و محبوب شد و شباهت‌های زیادی به سیستم فلسفه چینی داشت که بیان می‌کرد جهان از پنج عنصر اساسی چوب، خاک، فلز، آتش و آب تشکیل شده است. این سیستم چینی نیز تقریباً هم‌زمان با اِمپِدوکلِس تنظیم شده بود.

این دیدگاه همچنان میان مردم رواج داشت تا این‌که یک فیلسوف یونانی به نام دموکریت دیدگاه عجیبی را بیان کرد. بین قرن‌های چهارم و پنجم پیش از میلاد مسیح بود که دموکریت گفت جهانی که در آن زندگی می‌کنیم از ذراتی نامرئی به نام اتم تشکیل شده است. یک فیلسوف هندی به نام کِنادا که در قرن دوم پیش از میلاد مسیح زندگی می‌کرد، مدلی را پیشنهاد داد که باعث شد علم فلسفه پیشرفت چشمگیری داشته باشد. کِنادا در آن زمان گفت نور و گرما در واقع یک نوع ماده در شکل‌های متفاوتی هستند. در قرن پنجم پس از میلاد مسیح، یک فیلسوف بودایی به نام دیگنانا با بیان این موضوع که تمام مواد از انرژی ساخته شده‌اند،  توانست علم فلسفه را یک گام به جلو ببرد.

یکی از کلیدهای اساسی ادیان ابراهیمی مانند اسلام، یهودیت و مسیحیت، درک مفهوم محدودیت زمانی بود. پیروان ادیان ابراهیمی بر این باورند که زمان محدود است و روز قیامت فرا می‌رسد. ایده‌ی اصلی روز قیامت در دین زرتشت بیان شده و در ادیان ابراهیمی کامل‌تر شده است. پیروان ادیان ابراهیمی بر این باورند که جهان ما آغازی داشته است و پایانی دارد. این دیدگاه با دیدگاه غربی کیهان‌شناسی اختلافاتی جزئی دارد؛ اما شاید بتوان گفت که تا به امروز به‌نوعی با یکدیگر سازگاری داشته‌اند.

بین هزاره‌ی دوم پیش از میلاد تا قرن دوم پس از میلاد، ستاره‌شناسی و طالع‌بینی پیشرفت‌های چشمگیری داشتند و همچنان به تکامل خود ادامه دادند. ستاره‌شناسان یونانی در این دوران علاوه بر مشاهده و ضبط حرکات دقیق سیارات و صور فلکی در منطقةالبروج، سعی کردند یک مدل زمین مرکزی از جهان نیز ارائه دهند. در این مدل، زمین به‌عنوان مرکز عالم فرض شده است و خورشید، سیارات و ستاره‌ها حول محورهایی به گرد زمین حرکت می‌کنند. این تصورات به بهترین شکل ممکن در رساله ریاضی و ستاره‌شناسی المجسطی (مجسطی) که توسط یک ستاره‌شناس باستانی یونانی-مصری به نام کلادیوس بطلمیوس نوشته شده است، توضیح  داده شده‌اند. این رساله بسیار باارزش است و برای حدود هزار سال، ستاره‌شناسان اسلامی و اروپایی قرون وسطی از مدل کیهانی ارائه‌شده در آن استفاده کرده‌اند.

با این حال، پیش از وقوع انقلاب علمی (بین قرن‌های ۱۶ تا ۱۸ میلادی) نیز ستاره‌شناسانی بودند که مدل خورشید مرکزی را برای عالم پیشنهاد دادند. در این مدل گفته می‌شود که زمین، سیارات و ستاره‌ها همگی به دور خورشید گردش می‌کنند. به‌عنوان مثال آریستارخوس ساموس، ستاره‌شناس یونانی که در سال ۲۳۰ پیش از میلاد زندگی می‌کرد و همچنین سلوکوس سلوکیه‌ای، ستاره‌شناس یونانی عصر هلنی، به مدل خورشید مرکزی باور داشتند.

تا زمان قرون وسطی، ستاره‌شناسان و فلاسفه ایرانی، عرب و هندی سعی کردند نجوم کلاسیک را حفظ کنند و آن را گسترش دهند. آن‌ها علاوه بر این‌که سعی داشتند دیدگاه بطلمیوسی و غیر ارسطویی را حفظ کنند، تلاش‌های بسیار گسترده‌ای کردند تا بتوانند علم را به پیش ببرند. تلاش‌های آن‌ها باعث شد که برخی ایده‌های انقلابی نظیر چرخش زمین را مطرح کنند. برخی از این دانشمندان، مانند یک ستاره‌شناس هندی به نام آریابهاتا و ستاره‌شناسان مشهور ایرانی همچون ابومشعر بلخی و ابوسعید سجزی، توانستند مدل‌های بسیار پیشرفته‌ای از مدل خورشید مرکزی ارائه دهند.

ادامه دارد…