ابد، نزدیک است

Ker Than
برگردان: احسان سنایی

جهان‌مان حدود ۱۴ میلیارد سال وجود داشته و تا آنجا که می‌دانیم، میلیاردها سال دیگر هم برقرار خواهد ماند. اما مطابق پژوهشی نوین، فرضیه‌ای پیرامون منشأ جهان‌مان وجود دارد که خود، پایان زمان را پنج میلیارد سال دیگر عنوان می‌کند که این، تصادفاً قرین با روزهای مرگ خورشید ما هم هست. این پیش‌بینی، ریشه در فرضیه‌ای موسوم به «تورم ابدی» (Eternal Inflation) دارد؛ فرضیه‌ای که مدعی‌ست جهان‌مان، جزئی از یک «ابرجهان» (Multiverse) است؛ ساختاری کبیر و حیرت‌انگیز که خود از جهان‌های فراوان، که هرکدام‌شان قادر به تولید بی‌نهایت «جهان دختر» هستند؛ ایجاد گشته.

مشکل اینجاست که با این حساب، هرچیزی‌که «می‌تواند» در زمانی و جایی رخ دهد؛ بی‌نهایت دفعه‌ی دیگر هم اتفاق «خواهد افتاد» و همین امر، اندازه‌گیری احتمالاتی مثلاً همچون شانس فراوانی سیاره‌های زمین‌مانند را ظاهراً غیرممکن می‌کند. «کن اولوم» (Ken Olum) از دانشگاه توفت ماساچوست که در این پژوهش نقشی نداشته، می‌گوید: «انگاره‌های معمول احتمال – که مثلاً می‌گویید اتفاق A یک‌بار رخ می‌دهد و اتفاق B چهار بار و نتیجه می‌شود که شانس وقوع B دو برابر است – در اینجا مؤثر واقع نمی‌شوند؛ چراکه به‌جای دو و چهار، با بی‌نهایت طرفید».

البته تعیین احتمالات در یک ابرجهان، فقط در حد مشکلی برای کیهان‌شناسان نیست. فیزیکدان نظری، دکتر «رافائل بوسو» (Raphael Bousso) از دانشگاه کالیفرنیا-برکلی با کمک همکاران‌اش، در مقاله‌ی مرتبط با پژوهش مزبور آورده است: «اگر ناظران فراوانی در سرتاسر جهان، به‌شکلی نامحدود قرعه را ببرند؛ در چه شرایطی یکی می‌تواند همچنان ادعای نامحتمل بودن برد قرعه را بکند؟».

فیزیکدانان این مسأله را با یاری رویکردی ریاضیاتی موسوم به «مقطوعات هندسی» (Geometric Cutoffs) که نشانه‌هایی معدود از ابرجهان را در نظرمی‌گیرد و برپایه‌ی همین نمونه‌ی محدود، اقدام به تعیین احتمالات می‌کند؛ این مسأله را مدنظر قرار داده‌‌اند. گروه بوسو در رساله‌ی جدیدی که نسخه‌ی آنلاین آن در ماه گذشته بر وبسایت arXiv.org، وابسته به دانشگاه کرنل قرار گرفت؛ نتایج حاصل از این تکنیک را غیرعمدی، و فعلاً مشرف بر اوضاع دانسته‌اند.

وی در این‌باره می‌گوید: «نمی‌توانید آن‌ها (مقطوعات هندسی) را صرفاً ابزارهایی ریاضیاتی بدانید که هیچ اثری [در جهان واقع] از خود برجانمی‌نهند. همان مقطوعاتی که منجر به این پیش‌بینی‌های زیبا و احتمالاً دقیق می‌شوند؛ از پایان زمان هم برایمان می‌گویند. به‌عبارتی دیگر، اگر از مقطوعی به‌منظور محاسبه‌ی احتمالات درگیر در [فرضیه‌ی] تورم ابدی بهره برید؛ همان مقطوع – و بنابراین پایان زمان – رخدادی می‌شود که وقوع‌اش محتمل است».

سحابی «چشم گربه» از دید تلسکوپ فضایی هابل. این نمای زیبا، مثالی‌ست حقیقی از سرنوشت ستاره‌ای هم‌جرم خورشید ما که پیش از مرگ‌اش آرام و لایه‌لایه گازهای بیرونی‌اش را به فضا نشر می‌دهد (دایره‌های هم‌مرکز تصویر بالا) و در نهایت در انفجاری مهیب و رقص‌گونه از میان می‌رود (الگوی چشم‌مانند تصویر بالا). نقطه‌ی درخشان مرکز این سحابی نیز جرمی فوق‌چگال موسوم به کوتوله‌ی سفید است که باقیمانده‌ی هسته‌ی ستاره‌ی اولیه بوده و فقط به‌واسطه‌ی گرمایش این تابش را از خود گسیل می‌کند / ناسا/ اسا / STScI

جهان، حبابی در کتری جوشانی‌ست

با وجود این اظهارات عجیب، بوسو و همکاران‌اش معتقدند که «تورم ابدی»، مفهومی متقن و مطمئن است. اغلب انگاره‌های ضمنی این فرضیه – همچون نظریات نسبیت اینشتین – تماماً بی‌ضررند و سخت است که بتوان فرض دیگری را جایگزین‌شان کرد. در حقیقت فیزیکدانان فراوانی معتقدند که مفهوم تورم ابدی، به‌نوعی تمدید طبیعی همان مفهوم «تورم کیهان‌شناختی»‌ست که برخی از مسائل لاینحل پیش‌ روی نظریه‌پردازان «انفجار بزرگ» (بیگ‌بنگ) را سال‌ها پیش حل نمود.

مطابق مدل‌های اولیه‌ی بیگ‌بنگ، تجمعاتی از ماده که هم‌اکنون در دو سوی مخالف مرزهای دوردست جهان‌مان واقع شده‌اند؛ آنقدر از هم دورند که نبایستی با درنظرگرفتن سرعت نور به‌عنوان سریع‌ترین قاصد کیهان، هیچ‌وقتی (حتی همان‌زمان که بیگ‌بنگ رخ داد) در تماس با هم بوده باشند. این بدین‌معناست که جهان نخستین می‌بایسته از اول خوشه‌‌‌ای بوده باشد.

به‌علاوه، با آهنگی که هم‌اکنون جهان در حال انبساط است؛ شکل سراسری‌اش هم می‌بایسته تابه‌حال دچار انحنا شده باشد و سرانجام طبق پیش‌بینی مدل‌های نخستین بیگ‌بنگ؛ این جهان نخستین می‌بایسته پر از ذرات سنگین و پایداری موسوم به «تک‌قطبی‌های مغناطیسی» هم بوده باشد. اما مشاهداتی که در چندین سال گذشته بر روی تنها نور بازمانده از آن دوران کهن صورت پذیرفته؛ کلاً از داستان دیگری می‌گویند: اینکه جهان نخستین، یکدست و همگن است؛ جهان امروز تخت است (یعنی انحنایی ندارد و دو پرتو موازی نور تا ابد موازی خواهند ماند) و نهایتاً این‌که حتی یک تک‌قطبی‌های مغناطیسی هم امروزه در جهان دیده نمی‌شود.

فرض «تورم کیهان‌شناختی» که پیش‌تر بدان اشاره رفت؛ هر سه‌ی این تناقضات را با طرح رخدادی عجیب در همان نخستین لحظات تولد کیهان، حل می‌کند: انبساط نابه‌هنگام جهان، بلافاصله بعد از تولدش از یک نقطه؛ از ابعاد یک اتم تا یک پرتقال، در کسر بی‌نهایت ریزی از یک ثانیه که نهایتاً موجب ایجاد جهانی یکدست و تخت، همچون جهان امروزمان شده است.

تورم ابدی، گام بعدی همان تورم کیهان‌شناختی‌ست که به کیهان‌شناسان امکان حل مسائل بیشتری را هم می‌دهد؛ همچون اینکه پیش از این جهان، چه بوده (پاسخ: جهان‌های دیگر) و چرا جهان‌مان این ویژگی‌هایی که امروزه در آن می‌بینیم را دارد (جواب: هرچیزی ممکن است رخ دهد). دکتر «چارلز لاین‌ویور» (Charles Lineweaver)؛ اخترفیزیکدانی از دانشگاه ملی استرالیا که در این پژوهش، نقشی نداشته می‌گوید: «هرچند که همچنان فرضیه‌ای [در وصف نخستین لحظات زمان] در دست نداریم؛ اما تصورات بسیار قشنگی از این فرضیه داریم ... و ظاهراً در این تصورات، لزوماً نیاز به وجود جهان‌های دیگری حس می‌شود». وی در ادامه می‌افزاید:

«تشبیه خوبی که می‌توان کرد این است که نظریات ما، وجود کتری آب جوشانی را پیش‌بینی می‌کنند که منشأ جهان‌مان، همان تشکیل یکی از حباب‌های کف کتری‌ست. این فرضیه، قویاً از وجود جهان‌های دیگری می‌گوید؛ چراکه وقتی آب را می‌جوشانید، هیچ‌گاه فقط یک حباب نخواهید داشت».

زمان به پرتگاهی می‌رسد؟

ولی طبق مسائلی که در صورت وجود یک ابرجهان، ناخواسته مطرح می‌شوند؛ تورم ابدی، خود آنقدرها ابدی هم نیست. به‌گفته‌ی بوسو، اگر قوانین احتمالات در یک ابرجهان نیز مؤثر واقع افتد؛ بایستی مرزهایی وجود داشته باشد تا که جهان‌های گوناگون را به فرجام‌شان برساند. مثلاً مطابق فرمول‌هایی که برای تعیین این مرزها به کار بسته می‌شوند؛ گروه نتیجه گرفت جهانی که ۱۳.۷ میلیارد سال از تولدش می‌گذرد (مثل جهان ما)، تا حدود ۵ میلیارد سال دیگر به منتهای عمرش خواهد رسید.

برای اغلب مردم، تعمیم یک ابزار ریاضیاتی به یک رخداد حقیقی، شاید عجیب به‌نظر رسد؛ اما سابقاً این پیش‌بینی‌ها را در علم فیزیک هم دیده بودیم. مثلاً اولوم می‌گوید که زمانی فیزیکدانان از تصور تشکیل پروتون از ذرات بنیادین ریزتری طفره می‌رفتند؛ حال‌آنکه امروز می‌دانیم این پروتون‌هایی که حتی خود به چشم‌مان نیامده‌اند؛ از ذراتی موسوم به کوارک تشکیل شده‌اند. کوارک‌ها، از جنبه‌ی ریاضیاتی، به توصیف نیرویی موسوم به «نیروی قوی هسته‌ای» در هسته‌ی اتم‌ها کمک کردند که نمود این‌جهانی‌اش همانا پیش‌بینی ماهیت انبوهی از ذراتی‌ست که حین برخوردهای زیراتمی در شتاب‌دهنده‌های ذرات، آفریده می‌شوند.

وی در ادامه می‌گوید: «مردم می‌گویند این‌ تصور که ذرات موجود در یک پروتون هیچگاه توانایی خروج ندارند و ما هرگز قادر به مشاهده‌‌‌ی حالت منفردشان (منفک از پروتون) نیستیم؛ احمقانه است. زمانی دراز مردم گمان می‌بردند که کوارک‌ها، صرفاً ابزارهایی کارآمد برای محاسبه‌اند؛ اما حقیقتاً به وجودشان باور نداشتند. با این‌حال امروزه هرکس باور دارد که کوارک‌ها، ذراتی بنیادین و حقیقی‌اند».

به‌همین‌‌ترتیب اگر نظریه‌پردازان به تورم ابدی هم باور داشته باشند؛ ناگزیر از باور به این حقیقت‌اند که مقطوعات جهان، صرفاً روش‌هایی موجه آن‌هم برای محاسبه‌ی احتمالات نبوده؛ بلکه پدیده‌هایی حقیقی‌اند و این همانی‌ست که بوسو و همکاران‌اش هم اظهار داشته‌اند. به‌گفته‌ی این تیم، اینکه این مرزها چه‌شکلی خواهد داشت، و در پایان زمان چه رخ خواهد داد، همچنان نامشخص است؛ هرچند اگرکه رخ دهد، احتمالاً ناگهان و نامنتظره رخ خواهد داد و البته اگر انسان توان مشاهده‌ی سقوط از پرتگاه زمان را تا آن‌زمان داشته باشد؛ قطعاً این از روی زمین نخواهد شد.

دانشمندان گمان می‌برند که خورشید ما – که هم‌اکنون ستاره‌ای میانسال با سن تقریبی ۴.۵۷ میلیارد سال است – تا حدود پنج میلیارد سال آینده خواهد مرد. در آن‌وقت این ستاره از سوخت هسته‌ای (یعنی هیدروژن) در هسته‌اش تهی خواهد شد و آرام‌آرام آغاز به رهاسازی لایه‌های گازی بیرونی‌اش به فضا خواهد کرد؛ متورم خواهد شد و در نهایت ایجاد یک سحابی خواهد کرد. سرنوشت قطعی زمین در این بین نامشخص است، اما دانشمندان اندکی به دوام حیات تا آن‌زمان بر این سیاره امید بسته‌اند.

پایان زمان، اجتناب‌ناپذیر است

هرچند که دکتر لاین‌ویور از دانشگاه ملی استرالیا، محاسبه‌ی احتمالات در یک ابرجهان فانی را مسئله‌ساز می‌داند؛ اما پیش‌بینی یک مرز زمانی هم را راه حل مطلوبی قلمداد نمی‌کند. او می‌گوید: «من هیچ چیز را تماماً نقض نمی‌کنم؛ اما چندان هم این [پایان] را جدی نمی‌گیرم. من به استیضاح فرضیات [موجود پیرامون تورم ابدی]، جدی‌تر از گذشته ادامه خواهم داد». اولوم از دانشگاه توفت ماساچوست نیز گمان می‌برد که فیزیکدانان بایستی‌ پایان زمان را به‌عنوان رخداد اجتناب‌ناپذیری بپذیرند.

وی می‌گوید: «هیچ‌کس نمی‌داند چرا [فرضیه‌ی تورم ابدی] باید اشتباه باشد؛ اما هیچ‌کس هم نمی‌داند که چرا زمان اصولاً بایستی به پایان رسد. برای من این‌ها همه از یک پای‌بست است». گذشته از تورم ابدی، فرضیات فراوانی در حوزه‌ی فیزیک وجود دارد که از نحوه‌ی پایان جهان می‌گویند. مثلاً در فرضیه‌ی «مه‌رمبش» (Big Crunch)، جهان انبساط کنونی‌اش را به پایان رسانده؛ می‌ایستد، باز منقبض می‌شود و نهایتاً در یک نقطه‌ فرومی‌رمبد.

فرضیه‌ی دیگری از «مرگ گرمایی» جهان می‌گوید و می‌گوید که جهان آنقدر منبسط خواهد شد تا به تعادل گرمایی برسد و عملاً با رخداد فاجعه‌باری همراه نخواهد بود. «مه‌شکافت» (Big Rip) فرض دیگری‌ست که طبق آن، انبساط شتاب‌گیرنده‌ی کیهان نهایتاً تمامی ماده را اتم‌به‌اتم از هم خواهد گسست. اگر فرضیه‌ی تورم ابدی صحیح باشد؛ آنگاه حتی اگر جهان ما هم از میان رود، جهان‌های دیگری همچنان به بقا خواهند بود. مهم نیست کدامیک‌ از این سناریوها صحت داشته باشد. اولوم می‌گوید: «نیازی نیست آذوقه‌تان را بفروشید؛ چراکه جهان پنج میلیارد سال دیگر به پایان خواهد رسید و به‌هرحال هنوز وقت زیادی برای اصلاح این قصه داریم».

منبع: National Geographic