منشأ عالم کجاست؟/ بادکنک همچنان بزرگ می‌شود!

خبرگزاری علم و فناوری آنا، هدا عربشاهی؛ شناختن منشأ اشیاء همیشه دغدغه اصلی بشر بوده است. منشأ سنگ‌ها، جانوران، گیاهان، سیارات، ستارگان و خود ما. این‌میان، به‌نظر می‌رسد اساسی‌ترین این شناخت‌ها مربوط به منشأ عالم به‌مثابه یک کل باشد. عالمی که بدون آن، هر چیزی که اکنون وجود دارد ازجمله خود ما، وجود نخواهد داشت.

شاید به‌همین‌دلیل است که تقریبا در تمام تمدن‌ها و فرهنگ‌ها، وجود عالم، مبدأ و ماهیت آن، همواره محل بررسی بوده و هر فرهنگی که درطول تاریخ درباره مردم‌شناسی گام‌هایی برداشته در کیهان‌شناسی هم پیشگام بوده است حتی‌اگر این کیهان‌شناسی را برپایه مبانی دینی، اسطوره‌ای یا فلسفی دنبال کرده باشد، به‌ویژه که در گذشته، علم هنوز از قدرت کافی در ارائه دلایلی برای درک درست عالم برخوردار نبود و فقط در سده‌های اخیر است که توانسته روایت خودش را برپایه حقایق و واقعیت‌ها بیان کند.

هرچند، یونانیان از مدت‌ها پیش، روش‌های هندسی پیچیده‌ای را برای اندازه‌گیری مدارها و اندازه اجرام آسمانی برای پیش‌بینی رویدادهای نجومی توسعه داده بودند و نمی‌توان فراموش کرد که ایرانیان، مصریان، چینی‌ها، اینکاها، مایاها و آزتک‌ها هم می‌دانستند که چگونه حرکات ستارگان را بخوانند، باوجوداین، از نظر روش علمی‌تجربی، گالیلئو گالیلئی، اخترشناس، فیزیکدان و ریاضی‌دان ایتالیایی (۱۵۶۴ تا ۱۶۴۲) را می‌توان در کشف اسرار عالم به‌روشی امروزی، به‌عنوان نقطه عطف شناخت.

****

پیش‌از ارائه پذیرفته‌شده‌ترین نظریه امروزی مربوط به تشکیل عالم، برای قرن‌های متمادی مدل‌هایی چون زمین‌تخت‌‌گرایی، زمین‌مرکزی و خورشیدمرکزی که یا زمین را مسطح را فرض می‌کردند یا به‌ترتیب زمین و خورشید را مرکز عالم می‌دانستند ارائه شد. تااینکه در سده هجدهم میلادی با پژوهش‌های دانشمندانی چون امانوئل کانت و ویلیام هرشل ماهیت کهکشان معلوم شد. هرشل کشف کرد که ستاره‌ها در کل فضا پراکنده‌اند و به‌صورت خوشه‌ای دسته‌بندی می‌شوند. او با مطالعه این خوشه‌ها دریافت که ستارگان به‌طور تصادفی توزیع نشده‌اند، بلکه از پیکربندی خاصی پیروی می‌کنند که اکنون آن را کهکشان می‌نامیم، درست مثل کهکشان راه‌شیری.

به‌تدریج، نقشه‌برداری از خوشه‌های ستاره‌ای کروی نشان داد که کهکشان راه‌شیری تقریبا ۹۰هزار سال نوری قطر دارد و از حدود ۱۰۰میلیارد ستاره تشکیل شده است که همگی دور هسته‌ای مرکزی می‌چرخند که حدود ۲۵هزار سال نوری از خورشید فاصله دارد. مدتی نگذشت که معلوم شد تشکل‌های بی‌شمار مشابهی در عالم وجود دارد که زمانی به سحابی‌ها معروف‌ بودند و امروزه به‌طورکلی به‌عنوان کهکشان‌ها شناخته می‌شوند.

منشأ عالم از منظر قانون هابل

ادوین هابل، اخترشناس آمریکایی در دهه 1920، درجست‌وجوی برقراری رابطه‌ای میان فاصله یک کهکشان و سرعت نزدیک‌شدن یا دور‌شدن آن از کهکشان راه‌شیری بود. سرعت یک کهکشان را می‌توان با سهولتی تقریبا نسبی اندازه‌گیری کرد، اما اندازه‌گیری فاصله مستلزم وجود زنجیره کاملی از تکالیف است که این کار را پرزحمت و نه‌چندان دقیق می‌کند.

هابل پس‌ از مطالعات بسیار سرانجام موفق شد رابطه‌ای را میان فاصله و سرعت کهکشان‌هایی که مشغول بررسی‌شان بود شناسایی کند. این ارتباط نشان می‌داد که هرچه کهکشان دورتر باشد، سرعت گریز آن بیشتر است. این بدان‌معنی است که کهکشان‌های نزدیک به راه‌شیری با سرعت کندتر و کهکشان‌های دورتر با سرعت سریع‌تر، از کهکشان ما دور می‌شوند. اما در آن‌زمان چگونه می‌شد این قانون را توضیح داد؟

در وهله نخست، قانون هابل ممکن بود به‌ویژه به ذهن کسانی که به مدل کهکشان‌مرکزی باور داشتند این فکر را متبادر کند که چون کهکشان راه‌شیری در مرکز عالم قرار دارد باقی کهکشان‌ها به دلایلی از ما دور می‌شوند. اما از این عقیده حمایت نشد زیرا در دوره هابل دیگر کسی سکونتگاه نوع بشر را مرکز عالم نمی‌دانست و بنابراین، باید توضیح دیگری ارائه می‌شد.

توضیح دیگر درباره قانون هابل را به‌‌سادگی با ارائه تجسمی دوبعدی از عالم می‌توان قابل درک کرد. بشر از دیرباز تمایل داشته است که عالم را برحسب فضای سه‌بعدی متشکل از طول، عرض و ارتفاع در نظر بگیرد. زیرا در این عالم سه‌بعدی می‌تواند به‌راحتی به جلو و پهلو راه برود و حتی بالا و پایین بپرد؛ اما به این سه‌بعد می‌توان بعد دیگری هم اضافه کرد: بعد زمان. این چهار بعد روی هم، درواقع همان عالم فضازمانی را می‌سازند که در آن زندگی می‌کنیم. اما می‌توان جهان‌های دیگری را هم تصور کرد. از منظر ریاضی، برای‌مثال، می‌توان جهان‌های دوبعدی مختلفی را متصور شد. برای‌مثال، سطح بادکنکی که هنوز باد نشده است. کهکشان‌های دوبعدی را می‌شود روی کاغذی کشید که رویش با مورچه‌های دوبعدی ریزی پر شده‌ است. بعضی از این‌ مورچه‌ها می‌توانند اخترشناسانی باشند که همانند ادوین هابل وظیفه‌شان رصد کهکشان‌های دیگر و اندازه‌گیری فاصله و سرعت آنها است.

عالم چه‌وقت و چگونه شکل گرفت؟

اگر کسی درون آن بادکنک بادنشده مسطح دوبعدی بدمد و آن را منبسط کند مورچه اخترشناس چه خواهد دید؟ او خواهد دید که کهکشان‌های نزدیک به کهکشان راه‌شیری به‌آهستگی دور می‌شوند درحالی‌که کهکشان‌های دورتر، سریع‌تر فاصله می‌گیرند. این‌گونه، مورچه قانون هابل را کشف کرده است؛ اما اگر، برعکسِ این قضیه تصور شود که به‌جای انبساط، باد بادکنک شروع به خالی‌شدن می‌کند، چیزی که مورچه اخترشناس  خواهد دید این است که همه کهکشان‌ها به هم نزدیک‌تر شده‌اند یعنی درست برعکس قانون هابل. ازاین‌رو، آنچه قانون هابل ثابت می‌کند این است که عالم در حال انبساط است.

به‌عبارت‌دیگر، در آینده بزرگ‌تر خواهد بود و در گذشته کوچک‌تر بوده است و هرچه این گذشته مربوط به زمان دورتری باشد عالم در آن، کوچک‌تر است. اگر بتوان با همین منطق به عقب رفت می‌توان بادکنکی بسیار کوچک را تصور کرد که به‌اندازه سر سوزن است. از این سر سوزن اولیه، به‌راحتی می‌توان به این نتیجه رسید که عالم با انفجاری مهیب آغاز شده است که به آن «انفجار بزرگ» یا «مهبانگ» می‌گویند و همان‌طورکه قانون هابل تایید می‌کند از آن‌زمان این عالم درحال گسترش است.

اما این انفجار چه زمانی رخ داده است؟ تازه‌ترین تخمین‌ها، وقوع مهبانگ را (۰.۲±) ۱۳.۷میلیارد سال قبل نشان می‌دهد. درواقع، سال ۱۹۲۷ ژرژ لومتر، راهب بلژیکی در مطالعه‌ای نظری دریافت که نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین با دورشدن سحابی‌ها (کهکشان‌هایی که آن‌زمان سحابی نامیده می‌شدند) سازگار است و او اولین کسی بود که پیشنهاد کرد عالم از یک انفجار و یک از یک اتم نخستین منشأ گرفته است. پیشنهادی که امروزه، همچنان به‌عنوان یکی از پذیرفته‌شده‌ترین مدل‌ها و نظریه‌های مربوط به شکل‌گیری عالم شناخته می‌شود.