اگر جهان در حال انبساط است، به چه چیزی منبسط می‌شود؟

ریچارد مولر، استاد فیزیک دانشگاه برکلی و نویسنده‌ی کتاب «فیزیک برای رؤسای جمهور آینده»، در پاسخ این سؤال که جهان در حال انبساط به چه چیزی است، می‌گوید جهان لزوما در حال انبساط به چیزی نیست. وی برای تشریح گفته‌ی خود، مثال‌هایی آورده است:

مثال اول: تصور کنید خطی دارید که تا ابد امتداد می‌یابد. روی آن خط، به فاصله‌ی هر یک سانتی‌متر، علامتی وجود دارد؛ بنابراین روی این خط، بی‌شمار فاصله‌ی یک سانتی‌متری خواهید داشت. اکنون علامت‌ها را به‌گونه‌ای حرکت دهید که در هر دو سانتی‌متر یک علامت وجود داشته باشد؛ در این حالت، الگوی کلی منبسط شده است. خط همچنان تا بی‌نهایت ادامه دارد، اما علامت‌ها از هم دورتر شده‌اند. هرچند الگو منبسط شده است؛ اما طول آن همچنان بی‌نهایت است.

مثال دوم: فرض کنید یک تکه لاستیک بلند در اختیار دارید که تا بی‌نهایت امتداد می‌یابد. این لاستیک نقش جهان را ایفا می‌کند. روی هر سانتی‌متر از این تکه لاستیک، علامت‌هایی گذاشته شده است. اکنون لاستیک را می‌کشیم؛ به‌طوری‌ که فاصله‌ی علامت‌ها از یکدیگر دو سانتی‌متر شود. طول این لاستیک همچنان بی‌نهایت است؛ اما منبسط شده است.

فیزیک‌دانان «فضا» را به‌عنوان فضایی تهی و خالی در نظر نمی‌گیرند، بلکه آن را مثل یک تکه لاستیک تصور می‌کنند. اما آن‌ها فضا را لاستیک نمی‌نامند، بلکه آن را خلأ می‌خوانند. در علم فیزیک، ذرات تنها ارتعاش‌های خلأ هستند. خلأ می‌تواند منبسط شود؛ همان‌طور که لاستیک کش می‌آید. اما از آنجا که تا بی‌نهایت امتداد می‌یابد، نیاز به فضای بیشتری ندارد. یک راه هوشمندانه برای درک این واقعیت این است که بگوییم «در بی‌نهایت جای بسیار زیادی وجود دارد.» (هرچند تعریف هوشمندانه‌ای است، اما در واقع چیزی را توضیح نمی‌دهد.)

اکنون یک مسئله‌ی جدید طرح می‌کنیم که ممکن است شما را گیج کند یا شاید هم کمک کند. در تئوری استاندارد فیزیک، کهکشان‌ها در حال دور شدن از یکدیگر هستند که این همان انبساط جهان است. با این وجود، در توصیف ارائه‌شده توسط تئوری (نسبیت عام)، هیچ‌یک از کهکشان‌ها واقعا حرکت نمی‌کنند. تمام آنچه رخ می‌دهد این است که میزان فضا (خلأ) بین کهکشان‌ها در حال افزایش است.

این چیزی نیست که شما در مدرسه یا دانشگاه بیاموزید (مگر اینکه استادی غیرعادی داشته باشید). این مطلب تنها در دوره‌های تحصیلات تکمیلی و به‌خصوص در دوره‌های دکتری آموزش داده می‌شود. در آن دوره، زبانی که با آن مواجه خواهید شد، این‌گونه است: «در تئوری بیگ‌بنگ، مختصات همه‌ی کهکشان‌ها ثابت است (این یعنی حرکت نمی‌کنند). انبساط با استفاده از تانسورهای متریک توصیف می‌شود که فاصله‌ی بین آن مختصات ثابت را توصیف می‌کند. در تئوری بیگ‌بنگ این تانسورهای متریک هستند که تغییر می‌کنند و با وجود اینکه کهکشان‌ها حرکت نمی‌کنند، این تغییر تانسورها نشان‌دهنده‌ی انبساط جهان هستند. کشف اخیر انبساط شتاب‌دار به معنی این است که نرخ انبساط جهان، در حال افزایش است». البته سرعت دقیق انبساط جهان هنوز هم مبهم است.

شاید تاکنون مطالبی در مورد خمیدگی فضا خوانده باشید. اگر یک سیاه‌چاله را بین دو شیء بدون حرکت قرار دهید، فاصله‌ی بین آن‌ها ناگهان افزایش خواهد یافت؛ حتی اگر آن‌ها حرکت نکرده باشند. بنابراین، مفهوم «فاصله» به آن سادگی که مردم فکر می‌کنند، نیست. این اینشتین بود که نخستین بار این ایده‌ی قابل توجه را مطرح کرد که فضا (که همان خلأ است) منعطف است و می‌تواند خم شود و کش بیاید.

احتمالا این موضوع شما را گیج خواهد کرد. اما این نشانه‌ی بدی نیست؛ برعکس، نشانه‌ی بسیار خوبی است. وقتی شما چیزهای جدیدی می‌آموزید که کاملا با تصورات شما متفاوت هستند، «گیج شدن» اولین قدم است.