آيا جهان بي پايان است؟

طبق روايت رايج، جهان داراي يك آغاز، ميانه و يك پايان است. آغاز جهان با رويداد بيگ بنگ در حدود 13/8 ميليارد سال پيش آغاز مي شود. جهان در آن زمان، توده اي كوچك، داغ و متراكم بود. در كمتر از يك ميلياردم ميلياردم ثانيه، در فرآيندي به نام «تورم كيهاني»، اندازه ي جهان ميلياردها برابر افزايش يافت.پس از توقف تقريبي تورم، فرايند «خروج مطلوب» آغاز شد. سرد شدن و انبساط جهان با كسري از سرعت اوليه، ادامه يافت. پس از 380 هزار سال، جهان به قدري متراكم بود كه حتي نور قادر به حركت در آن نبود. كيهان از پلاسماي مات و بسيار داغي ذرات پراكنده تشكيل شده بود. پس از سرد شدن تدريجي مواد و تشكيل اتم هاي هيدروژن، شفافيت جهان افزايش يافت. انفجار تشعشعات در هر جهتي رخ مي داد و جهان در آغاز راه تبديل به موجوديت كنوني خود بود؛ جهاني با نوارهاي وسيع خالي كه با توده ي ذرات، غبار، ستاره ها، سياهچاله ها، كهكشان ها، پرتوها و ديگر اشكال انرژي و ماده پر شده بود.سرانجام، توده هاي ماده به قدري از يكديگر فاصله مي گيرند كه رفته رفته ناپديد مي شوند و جهان به سوپي سرد و يكپارچه از فوتون هاي مجزا تبديل خواهد شد. چنين پاياني زياد هم دراماتيك نيست، بلكه حتي مي تواند پاياني خوشايند تلقي شود. جهان كنونيجهان كنوني، تركيبي از توده هاي ذرات، غبار، ستاره ها، سياهچاله ، كهكشان ها و پرتوها استاما اگر بيگ بنگ نقطه ي آغاز جهان نباشد، چه جايگزيني براي آن وجود دارد؟ شايد بيگ بنگ صرفا «جهشي بزرگ» (Big Bounce) در چرخه ي پيوسته ي انبساط و انقباض بوده است. يا مي تواند نقطه ي انعكاسي باشد كه تصوير بازتاب آن از جهان در حال انبساط در سمت ديگري شكل گرفته است. در اين تصوير ضدماده جايگزين ماده شده است و زمان به عقب حركت كرده است (شايد هم آينه اي به سمت زندگي در اين سوي جهان وجود داشته باشد).مقاله هاي مرتبط: - آيا ممكن است سن ستاره اي بيشتر از سن جهان باشد؟ - آيا دنيا پيش از بيگ بنگ وجود داشت؟ شايد هم بيگ بنگ صرفا، نقطه ي گذاري در جهاني باشد كه هميشه در حال انبساط است. تمام اين نظريه ها خارج از كيهان شناسي رايج قرار دارند اما مورد حمايت بسياري از دانشمندان تأثيرگذار قرار دارند. تعداد فزاينده ي نظريه هاي رقابتي نشان مي دهد زمان فرا رفتن از ايده ي بيگ بنگ به عنوان نقطه ي آغاز فضا زمان فرا رسيده است؛ و ممكن است جهان پاياني هم داشته باشد. ريشه ي بسياري از جايگزين هاي رقيب نظريه ي بيگ بنگ، نارضايتي عميق برخي دانشمندان از نظريه ي تورم كيهاني است.خراش هاي بيگ بنگخراش هاي به جامانده از بيگ بنگ در پرتوي ضعيف ماكروويو كه در كل كيهان گسترش يافته اند، نشان دهنده ي سرنخ هايي در رابطه با ظاهر اوليه ي جهان است.نيل توروك، رئيس سابق مؤسسه ي فيزيك نظري پريميتر در واترلوي كانادا مي گويد: «بايد اعتراف كنم از همان ابتدا هم حس خوبي نسبت به نظريه ي تورم كيهاني نداشتم». به گفته ي پاول استين هاردت، استاد دانشگاه پرينستون و يكي از حاميان نظريه ي «جهش بزرگ»: «الگوي انبساط شكست خورده است.» همچنين روجر پنروس، استاد رياضي دانشگاه آكسفورد مي گويد:من هميشه انبساط را نظريه اي جعلي مي دانستم. دليل اصلي پايداري اين نظريه تا امروز، تصور افراد نسبت به تغييرناپذيري مقياس نوسان هاي دما در پس زمينه ي تابش ماكرويوي كيهاني است.پس زمينه ي ماكروويوي كيهاني يا CMB، يكي از معيارهاي اوليه ي تمام مدل هاي جهان است كه براي اولين بار در سال 1965 ديده شد. CMB، پرتويي ضعيف و محيطي است كه تقريبا همه جاي دنياي مرئي پيدا مي شود و قدمت آن به لحظه اي بازمي گردد كه جهان در حال شفاف شدن بود. CMB، منبع اصلي و اسرارآميزي براي پي بردن به ظاهر اوليه ي جهان است كه فيزيك دان ها هنوز به راز آن پي نبرده اند. CMB از تمام جهت ها و از ديد تمام راديوتلسكوپ ها يكسان به نظر مي رسد. حتي در نقاطي كه ظاهرا در كل تاريخ 13.8 ميليارد ساله ي جهان با يكديگر ارتباطي نداشته اند، چنين شباهتي ديده مي شود. به گفته ي كتي مك، كيهان شناس دانشگاه ايالتي كاروليناي شمالي:دماي CMB در هردو سمت آسمان يكسان است؛ درحالي كه برخي نقاط هيچ تماسي با يكديگر نداشته اند. در گذشته، شايد چيزي اين دو بخش را به يكديگر وصل كرده است. اتصالي كه عامل دماي يكسان در هردو بخش است.اگر مكانيزم متعادل سازي دما در جهان مرئي وجود نداشته باشد، بايد تغييرات و بي نظمي در بخش هاي مختلف جهان افزايش پيدا كنند انبساط، راه حلي براي «مسئله ي همگوني» است. باتوجه به بازه ي انبساط ديوانه وار و سريع جهان، همه چيز از دسترس و ديد مرئي دور شده است. جهان مرئي از بخشي كوچك و همگون در جرم داغ اوليه توسعه يافت و منجر به توليد CMB يكپارچه شد. شايد هم انسان فقط قادر به ديدن جهان منظم باشد و بخش هاي ديگر بي نظم باشند.تورم كيهانيفيزيك دان هاي تئوري معتقدند نظريه ي انبساط در محاسبه ي ميزان گسترش ماده و انرژي مرئي در جهان، شكست خورده استبه گفته ي مك:به نظر مي رسد نظريه ي تورم از داده هاي پيش فرض كافي برخوردار باشد. من اين نظريه را در كلاس هايم تدريس كردم؛ اما نمي توان با قطعيت درباره ي تورم كيهاني سخن گفت. از طرفي، داده ها شواهد محكمي را در اين باره نشان مي دهند و اغلب افراد هم به همين داده ها استناد مي كنند.نظريه ي تورم كيهاني، نواقصي دارد. مهم تر از هرچيز، هيچ مكانيزم قابل تعريفي براي آغاز تورم يا هيچ توضيح قابل تستي براي پايان مطلوب آن وجود ندارد. يكي از ايده هاي طرفداران تورم، تشكيل «ميدان تورم» توسط ذرات است كه زمينه ي آغاز تورم را فراهم كرده است و سپس فروپاشي ذرات و تبديل جهان به شكل كنوني رخ داده است.اما حتي با وجود فرضيه هاي يادشده، تورم كيهاني منجر به پيش بيني هايي مي شود كه تاكنون اثبات نشده اند. براساس اين نظريه، امواج گرانشي آغازين، باعث پيچ خوردن فضا، زمان شده اند. امواج گرانشي با بيگ بنگ در كل جهان توسعه يافته اند؛ اما با وجود كشف انواع امواج گرانشي، هيچ كدام از آن ها به اثبات نظريه ي تورم كيهاني كمك نمي كنند.طبق نظريه ي جهش بزرگ، بيگ بنگ نقطه ي آغاز جهان نيست فيزيك كوانتومي هم نظريه هاي تورم را وارد قلمرويي بي نظم مي كند. طبق پيش بيني ها، نوسان هاي كوانتومي نادر منجر به تورم و تجزيه ي فضا به تعداد متناهي از بخش ها با خواص كاملا متفاوت مي شوند. جهاني كه در آن هر احتمالي وجود دارد. استين هاردت مي گويد: «نظريه ي تورم كيهاني، كاملا غيرقطعي است. تنها مي تواند براساس محل قرارگيري در هر كدام از بخش هاي جهان، احتمالاتي را درباره ي آن بگويد. از طرفي، از ديدگاه فيزيكي، حرف جديدي براي گفتن ندارد.» استين هاردت كه يكي از معمارهاي اصلي نظريه ي تورم كيهاني بوده است اما امروزه، به دليل عدم قابليت پيش بيني و تست اين نظريه، از آن نااميد شده است. او مي گويد:آيا واقعا بايد تصور كنيم، تعدادي نامتناهي جهان بي نظم وجود دارد كه تاكنون هرگز آن ها را نديده ايم و توضيحي برايشان نداريم و جهان يك دست مرئي را ناديده بگيريم؟ پاسخ من خير است. بايد به دنبال ايده هاي بهتري باشيم.جهش بزرگبيگ بنگ شايد صرفا نقطه ي گذاري از يك دوره ي فضا زمان به دوره اي ديگر بوده است. شايد بيگ بنگ صرفا يك جهش بوده نه نقطه ي آغاز جهان.طبق نظريه ي بيگ بنگ، فضا و زمان از نقطه اي آغاز شده اند. نظريه ي «جهش بزرگ» يا بيگ باونس، چشم انداز بيگ بنگ از جهان داغ و متراكم در 13.8 ميليارد سال پيش و انبساط و سرد شدن تدريجي آن را رد نمي كند؛ اما اين نظريه، بيگ بنگ را صرفا لحظه ي گذار از فاز قبلي جهان مي داند كه در حال انقباض بوده است و آن را نقطه ي آغاز جهان نمي داند.به گفته ي استين هاردت، در جهش بزرگ، بخش هاي دوردست جهان با يكديگر به تعامل پرداخته و جهان يكدستي را پديد آوردند كه عامل اين يكدستي، منابع يكسان CMB است. درواقع شايد زمان هميشه وجود داشته است. استين هاردت مي گويد:اگر در گذشته ي ما جهشي رخ داده باشد، چرا تعداد زيادي از اين جهش ها را نمي بينيم؟ شايد در آينده، جهشي ديگر رخ دهد. جهان رو به انبساط مي تواند منقبض شود و مجددا به وضعيت متراكم خود در آغاز چرخه ي جهش باز گردد.استين هاردت و توروك براي توليد مدل اوليه ي جهش بزرگ با يكديگر همكاري مي كنند. طبق اين مدل، جهان به قدري كوچك مي شود كه فيزيك كوانتوم از فيزيك كلاسيك سبقت مي گيرد و پيش بيني ها مبهم و دشوار مي شوند؛ اما اخيرا، آنا ايجاس، همكار ديگر استينهاردت، مدلي را توسعه داده است كه طبق آن جهان هرگز به قدري كوچك نخواهد شد كه فيزيك كوانتوم در آن غالب شود. استينهاردت مي گويد:تورم كيهاني، فرضيه اي كسل كننده و محافظه كارانه است كه صرفا براساس معادلات كلاسيك توصيف مي شود. تورم كيهاني مي گويد جهان چندبخشي است و احتمال هايي نامتناهي براي پايان آن وجود دارد و ما در بخش يكدست و مسطح جهان زندگي مي كنيم. طبق مدل جهش بزرگ، جهاني كه در آن زندگي مي كنيم همان جهان يكسان و مسطحي است كه بايد باشد.نيل توروك، نظريه ي «جهان آينه اي» را به عنوان جايگزين ساده تر نظريه ي تورم كيهاني پيشنهاد مي دهد. طبق اين نظريه، جهان ديگري در آن سوي بيگ بنگ وجود دارد كه مانند جهان ما در حال انبساط است، ضد ماده در آن غالب است و قوانين فيزيكي آن مشابه قوانين فيزيك اين جهان است. به اين جهان ضد جهان هم گفته مي شود. توروك مي گويد: «براساس مشاهدات سي سال گذشته، متوجه شدم جهان به طرز غيرقابل باوري ساده است. در مقياس هاي بزرگ، بي نظم و تصادفي نيست. بلكه به طرز شگفت انگيزي منظم و قانون مند است و تنها با معيارهاي محدودي مي توان به توصيف آن پرداخت.»انعكاس جهانجهاني كه در جهت زمان روبه جلو حركت مي كند، مي تواند انعكاسي بي نقص داشته باشد كه در آن سوي بيگ بنگ قرار گرفته استتوروك هيچ جايگاهي براي جهان چندبخشي، ابعاد بيشتر يا ذره هاي جديد قائل نيست. جهان آينه اي مي تواند راه حلي براي يكي از بزرگ ترين رازهاي جهان باشد. حتي اگر كل جرم شناخته شده ي جهان با يكديگر جمع شود (شامل ستاره ها، سحابي ها، سياهچاله ها و ...)، نمي تواند جاذبه ي كافي را براي حركت داخل و بين كهكشان ها فراهم كند. بخش زيادي از كهكشان را ماده ي نامرئي تاريك تشكيل مي دهد. اين ماده ي اسرارآميز تقريبا 85 درصد از كل ماده ي موجود در جهان را تشكيل مي دهد.جهان ما مي تواند انعكاسي از جهاني در آن سوي بيگ بنگ باشد طبق پيش بيني مدل جهان آينه اي، بيگ بنگ منجر به توليد ذره اي به نام «نوترينوي راست دست» با فراواني بالا شده است. با اينكه فيزيكدان هاي ذرات هنوز موفق به مشاهده ي مستقيم اين ذرات نشده اند، از وجود آن ها اطمينان دارند. به اعتقاد طرفداران نظريه ي جهان آينه اي، ممكن است نوترينوهاي راست دست، تشكيل دهنده ي ماده ي تاريك باشند. به گفته ي لاتام بويل، يكي از ديگر هواداران نظريه ي جهان آينه اي و همكار توروك در مؤسسه ي پريميتر: «نوترينو تنها ذره ي موجود در ليست (از ميان ذرات مدل استاندارد) با دو ويژگي ضروري است كه هنوز به طور مستقيم موفق به مشاهده ي آن نشده ايم. اين ذره مي تواند ثابت باشد.»شايد، چالش برانگيز ترين جايگزين بيگ بنگ و تورم كيهاني، نظريه ي «كيهان شناسي حلقوي ساختاري» (CCC) از راجر پن روس است. اين مدل هم مانند جهش بزرگ، جهاني را توصيف مي كند كه هميشه وجود داشته است؛ اما در CCC، جهان هرگز دچار انقباض نمي شود، بلكه هميشه منبسط مي شود. پنروس مي گويد:من هميشه معتقد بودم، بيگ بنگ نقطه ي آغاز نيست. چشم انداز كنوني جهان و كل تاريخ جهان را ابديتي در يك توالي از ابديت ها تصور مي كنم.طبق مدل پنروس، بخش زيادي از مواد موجود در جهان، جذب سياهچاله هاي ابرغول آسا مي شوند. با انبساط و سرد شدن جهان نزديك به صرف مطلق، سياهچاله ها از طريق پديده اي به نام تابش هاوكينگ، تبخير مي شوند. پنروس مي گويد: «براي تصور ابديت، بايد رقمي مثل سال هاي گوگل را در نظر بگيريد كه به معني عدد يك با 100 صفر است. در اين سال ها حتي بزرگ ترين اجرام هم محو مي شوند؛ و نتيجه ي نهايي، جهاني مملو از فوتون ها است.» در اين نقطه جهان به شكل آغازين خود نزديك مي شود و زمينه را براي ابديتي ديگر فراهم مي كند.كيهانشناسي حلقويطبق نظريه ي كيهان شناسي حلقوي ساختاري، بخش زيادي از جهان وارد سياهچاله هاي عظيمي مي شود كه بعدها تبخير مي شونديكي از پيش بيني هايي CCC اين است كه ممكن است مجموعه اي از ابديت ها در تابش پس زمينه ي ماكرويوي كيهاني، زمينه سازي مدل تورم كيهاني شده باشند. هنگامي كه سياهچاله هاي غول آسا به يكديگر برخورد مي كنند، بر اثر برخورد انرژي زيادي به شكل امواج گرانشي آزاد مي شود. با تبخير سياهچاله هاي غول آسا، مقادير زيادي از انرژي به شكل فوتون هاي كم فركانس منتشر مي شوند. هر دو پديده به قدري قدرتمند هستند كه به گفته ي پنروس مي توانند تا سمت ديگر گذار توسعه پيدا كنند و هر كدام سيگنالي مشابه بازتابي از گذشته را در CMB به جاي بگذارند.پنروس، الگوهاي به جا مانده از تبخير سياهچاله را «نقاط هاوكينگ» مي نامد. در 380 هزار سال اوليه ي ابديت فعلي، اين نقاط صرفا نقاط كوچكي در كيهان بودند اما با انبساط جهان، به شكل لكه هايي در كل آسمان ظاهر شدند. پنروس براي بررسي الگوها و جستجوي واقعي آن ها با تيمي از كيهان شناسان لهستاني، كره اي و ارمني به مقايسه ي اندازه گيري هاي CMB با هزاران الگوي تصادفي مي پردازد. او مي گويد: «ما با اطمينان 99.98 درصد به لكه هاي موجود در آسمان پي برديم.» البته دنياي فيزيك هنوز نسبت به اين نتايج مشكوك است و كيهان شناسان تمايل زيادي به تحليل نتايج پنروس ندارند.»بعيد است كه بتوان به صورت مستقيم اتفاقات اولين لحظه پس از بيگ بنگ را رصد كرد. پلاسماي بسيار داغ مات در لحظات اوليه ممكن است تا ابد از نگاه انسان مخفي بماند؛ اما پديده هاي قابل مشاهده ي ديگري مثل امواج گرانشي آغازين، سياهچاله هاي آغازين، نوترينوهاي راست دست مي توانند سرنخ هايي درباره ي صحت نظريه هاي كيهاني ارائه كنند. مك مي گويد:با توسعه ي نظريه ها و مدل هاي جديد كيهان شناسي، مي توان به جستجوي پيشگويي هاي جذاب ديگري پرداخت. اميدواريم بتوانيم به صورت مستقيم آغاز جهان را ببينيم، اما شايد از طريق اتفاقات نزديك به آغاز جهان هم بتوانيم به ساختار فيزيكي آن پي ببريم.تا زمان به نتيجه رسيدن پژوهش ها، داستان آغاز و پايان جهان همچنان موضوع بحث و جدل باقي خواهد ماند.