جهان چيست؟

مرزهاي جهان

کلمه‌ي جهان براي مشخص کردن کل فضا و تمام محتواي آن به کار مي‌رود و کيهان‌شناسي به مطالعه‌ي کل جهان اطلاق مي‌شود. جهان مورد بحث در کيهان‌شناسي عبارت است از انبوهه‌ي کهکشان‌ها مواد ميان کهکشان‌ها و نور. تلاش کيهان‌شناسان در شناخت گوشه‌اي از ماهيت و سرگذشت جهان، به نتايجي رضايت‌بخش منجر شده است. در اين مقاله دو سيماي بزرگ مقياس جهان مورد بحث قرار مي‌گيرند، که غالباً تفکيک‌ناپذيرند و تجسم آن‌ها با اشکال روبروست. با بررسي اين موضوع، فهم مطالب بخش بعد آسان‌تر خواهد شد.
يکي از پرسش‌هاي کليدي در کيهان‌شناسي اين است که آيا مي‌توان مرزي براي جهان قائل شد؟ يعني آيا جهان لبه يا کرانه‌اي دارد که در آن به انتها مي‌رسد؟
در اينجا بايد دو نوع مرز متفاوت را از هم بازشناخت: مرز مشاهده‌اي و مرز هندسي. مرز مشاهده‌اي وابسته به کارايي ابزارهاي نجومي است. اين مرز حالت پايدار ندارد، زيرا هر سال که مي‌گذرد تلسکوپ‌ها و ديگر ابزارهاي نجومي پيشرفته‌تر مي‌شوند و گستره‌ي مشاهدات انسان بسط مي‌يابد. تلسکوپ 200 اينچي مونت پالومار، از ابزارهايي است که مخصوصاً براي کاوش حوزه‌هاي بسيار دور جهان طراحي شده است. علاوه بر آن، تلسکوپ‌هاي راديويي غول پيکر و نيز روش‌هاي مطالعه‌ي جهان، هر لحظه ديدگاه‌هاي جديدي مي‌گشايند و منجر به کشف اجرام بسيار دور مي‌شوند. حدود هر پنج سال، پيشرفت تکنولوژي افق ديد ما را دو برابر مي‌کند.
مرز هندسي تفاوت کيفي با مرز مشاهده‌اي دارد. آن نه از جانب محدوديت توانايي بشر در کاوش جهان اعمال مي‌شود و نه يک محدوديت فيزيکي است، بلکه هندسه جهان به نحوي است که خود به خود باعث پيدايش اين مرز مي‌شود. منظور از "هندسه‌ي جهان" آن است که کدامين نحوه‌ي نگرش هندسي مي‌تواند با شکل واقعي فضاي جهان مطابق باشد. براي مثال، ديدگاه نيوتوني که بر مبناي هندسه‌ي اقليدسي شکل گرفته است، جهان را نامحدود و بي‌مرز مي‌داند. ولي پيش‌بيني‌هايي که بر مبناي فرضيه کيهان‌شناختي نيوتون شکل مي‌گيرند با مشاهدات انجام يافته موافقت نمي‌کنند. اندازه‌گيري‌هايي که اخيراً از سرعت و درخشندگي بسياري از کهکشان‌ها به عمل آمده است، عدم دقت فرضيه‌ي جهان نامحدود نيوتون را نشان مي‌دهند.
اقليدسي بودن هندسه‌ي جهان، صرفاً مطابق با احساس ماست. ولي با اين فرض که شکل جهان مطابقت کاملاً دقيق با احساس ما ندارد، مي‌توان از مشکلات موجود در ديدگاه نيوتون اجتناب کرد. بر اين مبنا، لباچوسکي، رياضيدان روسي، اصل اقليدس را در مورد خطوط موازي رد کرد و هندسه‌اي جديد متولد شد. بنا بر اصل پنجم اقليدس، دو خط موازي و مستقيم اگر تا بي‌نهايت هم امتداد يابند هيچگاه همديگر را قطع نمي‌کنند و فاصله‌شان همواره ثابت مي‌ماند. لباچوسکي با رد اين اصل، اصل بسيار انعطاف‌پذيري را پيش کشيد: دو خط موازي مي‌توانند همگرا يا واگر باشند. اين اصل، شالوده‌ي هندسه‌ي جديدي را پي‌ريزي مي‌کند که درست همانند هندسه‌ي اقليدسي، منطقي و برخوردار از ثبات و استواري است.
کيهان‌شناسي اينشتين بر پايه اين هندسه‌ي غير اقليدسي است و در آن حجم جهان، محدود تلقي مي‌شود. براي استنتاج جهان محدود از نظر حجم، دوباره به قضيه خطوط موازي بر مي‌گرديم. طبق هندسه‌ي کروي، خط مستقيمي که تا بي‌نهايت ادامه يابد نهايتاً به نقطه آغاز بر مي‌گردد؛ يعني اگر شخصي سوار بر يک سفينه‌ي فضايي و در جهتي مفروض و در راستاي خطي مستقيم پرتاب شود، سرانجام از جهت مخالف به نقطه‌ي پرتاب باز خواهد گشت. به بيان ديگر، خط مستقيم با شعاع مشخص انحنا مي‌يابد و اين شعاع نشانگر اندازه‌ي جهان است. اين نوع جهان، فاقد کرانه و فضاي خالي خواهد بود و کهکشان‌ها و ستارگان با توزيع همگن، کل آن را خواهند پوشاند. ولي در عين حال، تعداد محدودي ستاره و کهکشان در حجم محدود آن وجود خواهند داشت. بنابر اين هندسه‌ي غير اقليدسي تنها طريق ممکن تبيين جهاني است که بر آن محدوديتي قايل مي‌شويم.
تصور اين هندسه و هندسه‌هاي مشابه آن که ويژگي‌هاي مخصوصي دارند، بسيار مشکل و حتي غيرقابل حصول است، زيرا تفکر در قالب‌هاي فضاي اقليدسي جزو عادات ماست. در تاريخ علم، نمونه‌هاي زيادي از اين گونه موارد ديده مي‌شود. فرضيه‌ي مسطح بودن زمين، قرن‌ها انديشه‌ي مردم را تسخير کرده بود و هنگامي که دانشمندي معتقد به کرويت زمين اظهار مي‌کرد که اگر به طرف غرب سفر کنيم از شرق سر بر مي‌آوريم، مورد قبول واقع نمي‌شد. در نظر مردم، زمين مسطح مي‌نمود و هر فکري خلاف آن، غير طبيعي و نامعقول بود. درست به همين شکل، اقليدسي بودن جهان براي ما معقول و تصور هندسه‌ي ديگري براي جهان، غيرطبيعي است. همان‌گونه که اکنون به گرد بودن زمين اعتقاد داريم و مي‌دانيم که در سطح آن انتها و لبه‌اي وجود ندارد و مساحت آن محدود است، در نظر اينشتين نيز جهان کروي و فاقد لبه و انتهاست و جرم محدودي دارد. فقط اختلاف بر سر اين است که در مورد زمين از انحناي دو بعدي سخن مي‌رود، در حالي که اينشتين فضاي سه بعدي را مطرح مي‌کند. از جانب ديگر، گرد بودن زمين بارها و به روش‌هاي گوناگون اثبات شده است ولي هنوز کسي عدم انحنا در فضاي جهان را اثبات نکرده است.

مسئله‌ي زمان

هنگام رصد اجرام آسماني، شاهد نور و امواجي هستيم که از بخش‌ها و فواصل مختلف جهان به ما مي‌رسند. ولي از آنجا که اين فواصل را نور در يک آن و بلافاصله طي نمي‌کند، از اين رو آنچه ما در دوردست‌هاي جهان مي‌بينيم، نمايانگر حالت فعلي آن‌ها نيست بلکه حالتي است که سال‌ها پيش داشته‌اند. هر چه فاصله زياد‌تر باشد، نور زمان بيشتري براي سير لازم دارد و در نتيجه حامل اطلاعاتي از وضعيت قبلي‌تر جرم آسماني است. دورترين کهکشاني که تلسکوپ‌ها قادر به بررسي آن‌ها هستند در حالتي ديده مي‌شود که ميلياردها سال پيش داشته است. تصويري که ما از جهان داريم، همانند يک عکس فوري نيست و در آن وضعيت "کنوني" جهان نقش نبسته است بلکه حالات و حوادث آن را مانند يک‌سان تاريخي از آغاز تا حال نشان مي‌دهد.
براي مثال، هنگام ترسيم وضعيت يک کهکشان که در فاصله‌ي بسيار زيادي قرار دارد بايد تصحيحاتي در مورد مسئله‌ي زمان به عمل آورد و کيفيت "کنوني" آن را محاسبه کرد. براي اين کار، آگاهي از سير تکاملي کهکشان‌ها لازم است. مثلاً نور کهکشاني که 4 تا 5 ميليارد سال پيش گسيل شده است (نوري که فعلاً از آن دريافت مي‌کنيم) حامل اطلاعاتي از کيفيت کنوني کهکشان نيست و در نتيجه تغييرات احتمالي در کهکشان را شامل نمي‌شود، تغييراتي که از آن تاريخ تا حال به وقوع پيوسته است. پس بايد در محاسبات کيهان‌شناختي تغييرات تکاملي در نظر گرفته شوند.
از جنبه‌ي ديگر، مسئله‌ي زمان به يک پارادوکس مشهور منجر مي‌شود. در بحث پيش گفتيم که آنچه "فعلاً" در جهان مي‌گذرد بر ما پوشيده است، زيرا کسب اطلاعات از نقاط مختلف جهان سريع‌تر از سرعت نور امکان‌پذير نيست. ولي نظريه‌ي نسبيت براي کنکاش مسئله طريقه‌اي ديگر نيز مطرح مي‌کند. فرض کنيد روزي به ساختن سفينه‌اي موفق شويم که سرعت آن تقريباً معادل سرعت نور باشد و در آن چند اخترشناس را به کهکشاني دوردست مثلاً در فاصله‌ي دو ميليون سال نوري روانه کنيم. طبق نظريه‌ي نسبيت خاص، در سرعت‌هاي نزديک به سرعت نور، سير زمان کندتر صورت مي‌گيرد. پس براي اخترشناسان خيالي ما هم طي کردن اين مسير طولاني چند هفته بيشتر طول نخواهد کشيد، در حالي که همکاران زميني آن‌ها براي ارسال يک دسته پرتو (يا مثلاً يک پيام راديويي) به اين کهکشان دوميليون سال وقت لازم دارند. بنابراين مسافران اين سفينه بسيار زودتر از خويشان زميني از وضعيت کهکشان با خبر خواهند شد. ولي اگر بخواهند به وسيله پيام راديويي يافته‌هاي خود را به زمين مخابره کنند باز دو ميليون سال طول خواهد کشيد. اخترشناسان تصميم مي‌گيرند که اين يافته‌ها را همراه خود به زمين بياورند. آن‌ها سرعت سفينه را به حدود سرعت نور مي‌رساند و دوباره اين مسافت زياد را در حدود چند هفته طي مي‌کنند، به اميد آنکه خبرهاي جديد را به اطلاع همکاران خود برسانند. اما متأسفانه مي‌بينند که خبري از آن‌ها نيست. زيرا گذشت زمان در زمين روال طبيعي خود را داشته و در مدت رفت و برگشت آن‌ها چهار ميليون سال و چند هفته سپري شده است.
گاهي اين مسئله را پارادوکس دوقلوها مي‌نامند، در صورتي که يک پارادوکس حقيقي نيست. زيرا اگر چه تناقضي در وضعيت دوقلوها (که يکي در زمين و ديگري در مسافرت است) به وجود مي‌آيد ولي با قوانين شناخته شده طبيعت و خود نظريه نسبيت تناقضي ندارد.
منبع مقاله :
هاچ، پاول؛ (1388)، ساختار ستارگان و کهکشان‌ها، برگردان: توفيق حيدرزاده. تهران: مؤسسه جغرافيايي و کارتوگرافي گيتاشناسي، چاپ هفتم.