اسرار جهان‌های موازی (قسمت اول)

در روزگار اینشتین احتمال اینکه جهان ما می‌توانست جور دیگری باشد، خیلی دور از ذهن بود. اما در چند دهه اخیر، این سوال از مرزهای ممنوعه به جریان اصلی تحقیقات فیزیک وارد شده و فیزیک‌دانان به‌جای آنکه تصور کنند جهان ما می‌توانست چه ویژگی‌هایی داشته باشد، از سه روش کاملاً مستقل به این نتیجه رسیده‌اند که احتمالاً جهان‌های مجزای دیگری نیز وجود دارند که اغلب از ذراتی کاملاً متفاوتی تشکیل شده‌اند و نیروهای متفاوتی بر آنها حکم‌فرمانی می‌کنند.
و از همه جالب‌تر اینکه تمام این جهان‌ها، ابرکیهانی بی‌کران را پرکرده‌اند.
این ایده که جزء تحیربرانگیزترین ایده‌هایی است که طی چند دهه اخیر از ذهن فیزیک‌دانان برخاسته، چندجهانی (Multiverse) نام دارد و دنیای فیزیک را به دو جبهه تقسیم کرده:
آنهایی که احتمال می‌دهند چندجهانی همان مرحله بعدی درک ما از واقعیت است و آنهایی که چندجهانی را چرت و پرت محض می‌دانند.

 

– انبساط تند شونده عالم
کشف انبساط عالم، انقلاب عظیمی در نگرش ما نسبت به کیهان پدید آورد. اما همگان انتظار داشتند اثر آشنای گرانش را نیز در مورد این انبساط مشاهده کنند. همان‌طور که شما توپی را به بالا پرت می‌کنید و سرعت توپ تحت تأثیر جاذبه زمین کاهش می‌یابد، جاذبه گرانشی تک‌تک کهکشان‌ها نیز باید انبساط عالم را کند کند.
در دهه ۱۹۹۰ دو گروه از دانشمندان، یکی به سرپرستی شائول پرلماتر و دیگری به سرپرستی برایان اشمیت و آدام ریس پروژه‌هایی را برای اندازه‌گیری آهنگ کاهش انبساط کیهان آغاز کردند. آنها سال‌ها کهکشان‌های بسیار دوردست را با استفاده از بزرگترین رصدخانه‌های زمین رصد کردند تا با اندازه‌گیری فاصله و سرعت دورشدن آنها از ما تعیین کنند که نرخ انبساط عالم در طول زمان چطور تغییر کرده است. اما وقتی تحلیل اطلاعات به پایان رسید، هیچ‌کس نتیجه نهایی را باور نمی‌کرد. هر دو تیم به این نتیجه رسیده‌ بودند که روند انبساط عالم به جای آنکه کند شود، از حدود ۷ میلیارد سال پیش به این سو سرعت گرفته و انبساط با شتابی روزافزون ادامه می‌یابد. برای آنکه بهتر بتوانید تعجب دانشمندان را درک کنید، تصور کنید که توپی را به بالا پرت کردید و توپ تا بخشی از مسیر با سرعت کندشونده بالا می‌رود (به همان روال معمول) اما ناگهان روند تغییر می‌کند و توپ با سرعتی که لحظه به لحظه بر مقدار آن افزوده می‌شود، از شما دور و دورتر می‌شود.
نتایج شگفت‌انگیز این دو گروه، جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۱ را برای مدیران این پروژه به همراه داشت. اما از آن مهمتر، این بود که فیزیک‌دانان سراسر جهان تلاشی همه‌جانبه را آغاز کردند تا بتوانند دلیلی برای این انبساط تندشونده به‌دست آورند. چه نیرویی، می‌تواند کهکشان‌ها را با سرعتی که هر لحظه بیشتر می‌شود، از یکدیگر دورتر کند؟
نخستین‌ حدسی که مطرح شد، همان ایده قدیمی آلبرت اینشتین بود. یعنی ثابت کیهان‌شناختی.
همه ما می‌دانیم که نیروی گرانش فقط یک رفتار از خود نشان می‌دهد و آن جاذبه است. یعنی باعث می‌شود که دو جسم جرم‌دار به سمت یکدیگر کشیده شوند. اما در نظریه نسبیت عام اینشتین، گرانش می‌تواند رفتار دیگری نیز از خود نشان دهد و باعث دور شدن اجسام از یکدیگر شود. یعنی دافعه!
چطور چنین چیزی امکان دارد؟
نیروی گرانش بین اجسام معمولی (به عبارت دیگر، ماده) همان نیروی جاذبه است. اما معادلات اینشتین نشان می‌دهند که که اگر فضا چیز دیگری داشته باشد، به‌طور مشخصی نوعی انرژی مرموز که در فضا پراکنده شده باشد، نیروی گرانشی ناشی از این انرژی از نوع دافعه خواهد بود.
این همان‌ چیزی است که برای توضیح انبساط فزاینده عالم نیاز داریم. نیروی دافعه گرانشی گسیل‌شده از انرژی نامرئی که فضا را پرکرده و ما آن را از این پس «انرژی تاریک» می‌نامیم، باعث دورشدن کهکشان‌ها از یکدیگر و سرعت‌گرفتن انبساط عالم شده است.
اما یک اشکال کوچک وجود دارد. وقتی اخترشناسان توانستند مقدار انرژی تاریک موجود در عالم را که باعث تغییرات اندازه‌گیری شده در روند انبساط عالم شده، تخمین بزنند، به عددی رسیدند که هیچ‌کس نمی‌توانست آن‌را توضیح دهد. این عدد حتی نزدیک به هیچ عدد شناخته شده دیگری هم نبود. اگر آن را برحسب واحدهای مناسب بیان کنیم، چگالی انرژی تاریک در عالم مقدار فوق‌العاده اندکی است:
یعنی ۱/۳۸ ضرب‌در ۱۰ به توان منفی ۱۲۳٫
پژوهشگران دیگر ی که مشغول محاسبه مقدار انرژی تاریک بر اساس قوانین فیزیک بودند، به پاسخی حدود ۱۰ به توان منفی ۲۳ دست یافتند که ۱۰۰ مرتبه (ده به توان صد) از مقدار فوق بزرگ‌تر است.
این مسئله در طول تاریخ علم، بزرگترین اختلاف بین مشاهدات و پیش‌بینی‌های نظری است.
این چنین بود که کشف انرژی تاریک، پرسش‌های بیشتر و دشوارتری را پیش‌روی فیزیک‌دانان قرار داد، طوری که برخی از آنها برای پاسخ‌دادن به این پرسش، رهیافت کاملاً متفاوتی را در پیش گرفتند و احتمال چند جهانی را مطرح کردند.

– راه‌حل چند جهانی :

باورتان بشود یا نه، رهیافت جدید دانشمندان ریشه در ۴۰۰ سال پیش دارد. زمانی‌که یوهانس کپلر، منجم بزرگ آلمانی در تلاش بود راز یک عدد مهم را پیدا کند. ۱۵۰ میلیون‌ کیلومتر فاصله بین زمین و خورشید.
کپلر سال‌ها تلاش کرد تا بتواند این فاصله را توضیح دهد، اما هرگز موفق نشد. امروزه می‌دانیم که مشکل چه بود. طی دو دهه اخیر، سیارات فراخورشیدی متعددی را شناخته‌ایم که در فواصل مختلفی به دور ستاره‌هایشان گردش می‌کنند و همین، اشکال کار کپلر بود. قوانین فیزیک هیچ مقداری را به عنوان فاصله خاص تعیین نمی‌کنند. دلیل خاص بودن فاصله زمین تا خورشید هم چیزی نیست جز اینکه در چنین فاصله‌ای از خورشید، شرایط مساعد برای میزبانی حیات فراهم شده و گونه‌های مختلف حیات از جمله ما انسان‌ها روی زمین زندگی می‌کنیم. اگر از این فاصله به خورشید نزدیک‌تر یا خیلی دورتر می‌شدیم، دمای بسیار بالا یا پایین محیط مانع از شکل‌گیری حیات می‌شد. کپلر تلاش مذبوحانه‌ای را برای یافتن توضیحی بنیادی برای چرایی ۱۵۰ میلیون کیلومتر فاصله زمین تا خورشید را در پیش‌ گرفته‌ بود. در حالی‌که این سوال پاسخی نداشت. در مقابل می‌توان توضیح داد که چرا ما انسان‌ها در چنین فاصله‌ای از خورشید قرار داریم.
در جستجوی توضیحی برای مقدار انرژی تاریک، شاید ما هم مرتکب همان اشتباه تاریخی کپلر شده باشیم.
بهترین نظریه‌ی کیهان‌شناسی در دسترس که همان نظریه‌ی تورمی است، به‌طور طبیعی وجود جهان‌های دیگر را محتمل می‌داند. شاید همان‌طور که سیارات متعددی در فواصل مختلفی از ستارگان خود قرار گرفته‌اند، جهان‌های متعددی با مقادیر متفاوت انرژی تاریک وجود داشته باشند. اگر چنین باشد، انتظار اینکه قوانین فیزیک بتوانند مقدار خاصی از انرژی تاریک را توصیف کنند، به همان اندازه اشتباه است که قوانین نیوتونی بخواهند ۱۵۰ میلیون کیلومتر فاصله زمین تا خورشید را توضیح دهند. در مقابل شاید پرسش درست این باشد که چرا ما انسان‌ها در جهانی زندگی می‌کنیم که از تمام مقادیر مختلف انرژی تاریک، همین مقدار خاصی را دارد که اندازه‌گیری کرده‌ایم؟
خوشبختانه می‌توانیم به این سوال پاسخ دهیم. در جهان‌هایی که مقادیر بیشتری از انرژی تاریک را دارند، وقتی توده‌های ماده بخواهند دور هم جمع شوند و کهکشان‌ها را شکل دهند، دافعه گرانشی انرژی تاریک به قدری قوی است که توده‌های مواد از هم گسیخته خواهد شد و هیچ کهکشانی شکل نخواهد گرفت. در جهان‌های حاوی مقادیر بسیار کم انرژی تاریک، دافعه گرانشی به جاذبه گرانشی تبدیل شده و باعث می‌شود آن جهان‌ها چنان به سرعت منقبض شوند که باز کهکشان‌ها نتوانند شکل بگیرند. در چنین جهان‌هایی که کهکشانی وجود ندارد، ستاره‌ای هم نمی‌تواند شکل بگیرد. بالطبع سیاره‌ای هم وجود ندارد و در نهایت اینکه هیچ شانسی برای پدید‌آمدن نوع حیات ما وجود نخواهد داشت.
ما دقیقاً به همان دلیل در این جهان و نه هیچ جهان دیگری وجود داریم که روی سیاره زمین و نه هیچ سیاره دیگری زندگی می‌کنیم. ما در جایی زندگی می‌کنیم که همه شرایط برای پدید آمدن حیات فراهم است. این‌چنین است که حتی بدون امکان مشاهده جهان‌های دیگر وجود آنها نقشی علمی ایفا می‌کند.
چند جهانی راه‌حلی را برای معمای انرژی تاریک و مقداری که در جهان خودمان اندازه‌گیری کرده‌ایم، ارائه می‌دهد.
شاید بهتر باشد بگوییم این ادعایی است که طرفداران چندجهانی مطرح می‌کنند. در مقابل دانشمندان متعددی هستند که نه‌ تنها توضیحات فوق را قانع‌کننده نمی‌دانند،‌که آن را احمقانه و حتی‌ توهین‌آمیز قلمداد می‌کنند. آنها می‌گویند وظیفه علم ارائه توضیحات کمی دقیق و قطعی است نه مشتی داستان و خیال.
اما نکته اصلی اینجاست اگر آنچه را که شما تلاش می‌کنید توضیح دهید، در گستره عالم می‌تواند مقادیر ریاضی بسیار متفاوتی داشته باشد، جست‌وجوی توضیحی قطعی برای یک مقدار خاص، کاری اشتباه و بیهوده است.
پیش‌بینی قطعی فاصله یک سیاره تا ستاره‌اش کاملاً بی‌معنی است. چرا که می‌تواند فاصله‌های مختلفی داشته باشد. درست به همین‌شکل، اگر ما بخشی از یک چندجهانی باشیم، بی‌معنی است در جست‌وجوی توضیح دقیق برای مقدار انرژی تاریک در جهان خودمان باشیم. چرا‌که انرژی تاریک می‌تواند مقادیر بسیار مختلفی داشته باشد.
ایده چندجهانی به‌ هیچ‌وجه روش علمی و استاندارد توضیح وقایع را دست‌کاری نمی‌کند. اما ما را به این فکر می‌اندازد که آیا پرسش درستی را مطرح کرده‌ایم یا خیر!

 

نشانه‌های آغاز عالم

در سال ۱۹۱۵، آلبرت اینشتین نظریه نسبیت عام را که مهمترین کار تمام عمرش بود، منتشر کرد. این نظریه زیبا که حاصل ده سال تلاش برای درک مفهوم نیروی گرانش بود، از بنیان‌های ریاضی قوی بهره می‌برد و معادلات آن می‌توانست از حرکت یک سیاره به دور ستاره‌اش تا مسیر پرتوهای نور را با دقتی کم‌نظیر پیش‌بینی کند. طی چند سال، ریاضی‌دانان نتیجه گرفتند که طبق این نظریه عالم نمی‌تواند ایستا باشد، بلکه در تغییر است و کهکشا‌ن‌ها از یکدیگر دور یا به یکدیگر نزدیک می‌شوند.
اینشتین در آغاز با این نتیجه‌گیری که مستقیماً از دل نظریه خودش به‌دست می‌آمد، مخالفت کرد. اما رصدهای ادوین هابل، اخترشناس برجسته در سال ۱۹۲۹، انبساط عالم را تأیید کرد.
طولی نگذشت که فیزیک‌دانان چنین استدلال کردند که اگر جهان امروز در حال انبساط است، پس در گذشته کوچک‌تر بوده و بدین‌ترتیب در زمانی بسیار دور، هر آنچه را که امروز می‌بینیم (از کوچکترین ذرات تشکیل‌دهنده ماده تا تک‌تک ستارگان، کهکشان‌ها و حتی خود فضا) در نقطه‌ای بی‌نهایت کوچک‌، فشرده شده بود و عالم ما از فوران این نقطه اولیه و تحول آن به‌وجود آمده است.
بدین‌ترتیب نظریه بیگ بنگ ( انفجار بزرگ ) متولد شد. در طول دهه‌های میانی قرن بیستم، مشاهدات بسیاری در تأیید این نظریه انجام شد،‌ اما فیزیک‌دانان می‌دانستند که این نظریه نقض بزرگی دارد:
نظریه انفجار بزرگ هرچیزی را توضیح می‌داد غیر از همان انفجار اولیه.
معادلات اینشتین به‌خوبی تحول عالم را از کسری از ثانیه پس از بیگ بنگ توصیف می‌کردند، اما وقتی می‌خواستید شرایط نخستین لحظات عالم را تحلیل کنید، معادلات بی‌معنی می‌شدند. درست شبیه وقتی که در ماشین حساب عددی را بر صفر تقسیم می‌کنید و ماشین‌حساب به شما پیغام خطا می‌دهد. نظریه بیگ بنگ نمی‌توانست در مورد چرایی انفجار بزرگ و عامل آن توضیحی ارائه دهد.

منبع انرژی بزرگترین انفجار تاریخ :

در دهه ۱۹۸۰، فیزیک‌دان جوانی به‌نام آلن کاث پیشنهاد داد که می‌توان با استفاده از پدیده تورم، مشکل نظریه بیگ بنگ را تا حدودی برطرف کرد. این مدل تعمیم‌یافته از نظریه بیگ بنگ که امروزه کیهان‌شناسی تورمی خوانده می‌شود، فرض می‌کند نوعی سوخت کیهانی وجود دارد که اگر در محدوده‌ای بسیار کوچک متمرکز شود می‌تواند فورانی کوتاه‌مدت ولی بسیار عظیم را در فضا ایجاد کند. درست مانند یک انفجار بسیار بسیار عظیم.
محاسبات ریاضی نشان داد چنین فورانی به‌قدری عظیم است که می‌تواند نوسان‌های کوچک و تصادفی در ابعاد کوانتومی را به شدت بگستراند و در فضا پراکنده کند.
وقتی صفحه‌ای پلاستیکی را تا آنجا‌ که می‌شود بکشید، روی سطح آن الگوهایی مواج ایجاد می‌شود. به شیوه‌ای مشابه، وقتی عالم تورم پس از بیگ بنگ را تجربه می‌کرد، الگوهایی از تغییرات اندک دمایی در کیهان پدید آمد که سبب شد بعضی نقاط اندکی داغ‌تر و برخی نقاط اندکی سردتر شوند.
در اوایل دهه ۱۹۹۰، ماهواره کوبه (COBE) متعلق به ناسا توانست برای نخستین بار، این ریزتغییرات دمایی را در تابش زمینه کیهانی آشکار کند و شواهدی بر تأیید کیهان‌شناسی تورمی به‌دست آورد. این کشف جایزه نوبل فیزیک را برای جان ماثر و جورج اسموت، مدیران برنامه کوبه به ارمغان آورد.

– اما این تازه آغاز ماجرا بود

محاسبات ریاضی نشان می‌داد که با انبساط فضا، این سوخت کیهانی دوباره تجدید می‌شود و مقدار بازیابی سوخت آن‌قدر قابل توجه است که عملا نمی‌توان همه آن را مصرف کرد. این بدان‌معنا است که بیگ بنگ نمی‌تواند رویدادی یکتا و منحصر به فرد باشد.
بلکه برعکس، سوخت کیهانی مورد نظر ما نه تنها به بیگ بنگ جهان ما انرژی داده که می‌توانسته به بی‌شمار بیگ بنگ دیگر نیز انرژی بدهد و به انبساط جهان‌های متمایز و جدا از یکدیگر منجر شود. بدین‌ترتیب همان‌طور که در یک وان آب گرم و صابون، بی‌شمار حباب شکل می‌گیرد، جهان ما هم صرفاً حبابی است منبسط شونده در میان انبوهی از جهان‌های حبابی. این همان ایده چند جهانی است.

– دور نمای تکان‌دهنده‌ای است؟

زمانی نه‌چندان دور فکر می‌کردیم که سیاره ما در مرکز عالم است، اما دیری نگذشت که فهمیدیم ما هم یکی از چند سیاره‌ای هستیم که به‌دور خورشید می‌گردیم. پس از آن فهمیدیم که خورشید ما هم یکی از میلیاردها ستاره تشکیل‌دهنده راه شیری است و در حاشیه کهکشان جای‌ گرفته و در حالی‌که تصور می‌کردیم تمام عالم همین کهکشان زیبایی است که شب‌ها در آسمان می‌بینیم. در نیمه‌های قرن بیستم فهمیدیم که کهکشان ما یکی از صد میلیارد کهکشانی است که در عالم ما پراکنده شده‌اند.
فکرش را بکنید: اکنون کیهان‌شناسی تورمی این احتمال را مطرح کرده که جهان ما با تمام میلیاردها کهکشان‌ و ستاره و سیاره‌اش، یکی از بی‌شمار جهان‌هایی است که در چندجهانی پخش شده‌اند. ایده‌ای که اگر درستی آن تأیید شود، می‌تواند همان گیلاس خوشمزه‌ای باشد که پس از قرن‌ها بر کیک چندطبقه تکامل دیدگاه انسان به عالم پیرامون خود نشسته است.
اما زمانی‌که آندری لینده و آلکساندر ویلنکین برای نخستین‌بار ایده چندجهانی را در دهه ۹۰ مطرح کردند، فیزیک‌دانان چندان واکنشی نشان ندادند.
جهان‌های دیگر حتی اگر واقعاً هم وجود داشته باشند، خارج از محدوده جهان قابل رویت قرار دارند. ما حتی به همه‌ جای جهان خودمان دسترسی نداریم!
به ‌نظر می‌رسد نه می‌توانیم بر جهان‌های دیگر تأثیری داشته باشیم و نه جهان‌های دیگر می‌توانند بر ما تأثیرگذار باشند. حال این سؤال مطرح می‌شود که وجود یا عدم وجود جهان‌های دیگر چه تأثیری در علوم ما خواهد گذاشت؟
در اینجا بود که تلاش‌های پیرامون جهان‌های موازی حدود یک دهه متوقف شد تا آنکه نتایج غیرمنتظره مجموعه‌ای از مشاهدات شگفت‌انگیز در دهه ۱۹۹۰، فرصت جدیدی را فراهم آورد

ادامه دارد...

بقیه مطلب در قسمت دوم

/ 0 نظر / 47 بازدید