| مترجم : |
مرتضی یعقوبی‌عزیزی
|
|
کلید واژه : |
|
|
چکیده : |
اگر
علاقه‌مند به مباحث و علوم مرتبط با کیهان‌شناسی و به طور کلی جهانی که در
آن زندگی می‌کنیم هستید، این مقاله می‌تواند بسان آب سردی بر عطش
سیری‌ناپذیر شما باشد. در این نوشتار سعی شده تا با بهره‌گیری از امواج
گرانشی به موضوع پیدایش جهان و یا به عبارتی دیگر نحوه تولد این گیتی
پهناور پرداخته شود و برای درک بیشتر این موضوع، قطب جنوب را می‌توان
بهترین نقطه برای این مسئله دانست.
|
|
منابع : |
فوکوس
|
اگر
علاقه‌مند به مباحث و علوم مرتبط با کیهان‌شناسی و به طور کلی جهانی که در
آن زندگی می‌کنیم هستید، این مقاله می‌تواند بسان آب سردی بر عطش
سیری‌ناپذیر شما باشد. در این نوشتار سعی شده تا با بهره‌گیری از امواج
گرانشی به موضوع پیدایش جهان و یا به عبارتی دیگر نحوه تولد این گیتی
پهناور پرداخته شود و برای درک بیشتر این موضوع، قطب جنوب را می‌توان
بهترین نقطه برای این مسئله دانست.
چرا که به عقیده دانشمندان هوای سرد این منطقه که در برخی مواقع از سال به
۳۰ درجه سانتی‌گراد زیر صفر نیز می‌رسد، حاکی از پاکی بیش از حد و شفافیت
هوای موجود در این منطقه است که همین امر این منطقه را در زمره
ایده‌آل‌ترین مناطق برای مشاهده اندک ردپاهای باقی مانده از انرژی باقی
مانده از انفجار عظیم اولیه قرار می‌دهد. از این رو، محققان و دانشمندان با
تعبیه سه تلسکوپ در این منطقه درصدد ردیابی طول موج‌های تابش پراکنده شده
در جو برآمدند که در کیهان‌شناسی به نام "تابش زمینه کیهانی" شناخته
می‌شوند.
در اوایل ماه‌های امسال خبرهایی خوشی از تلسکوپ بایسپ۲ به گوش رسید، مبنی
بر اینکه محققان موفق به ردیابی و کشف امواج گرانشی نخستین شدند که مهر
تاییدی بر فرضیه تورم اینشتین است. لازم به‌ذکر است که فرضیه تورم اینشتین
بر چگونگی آغاز هستی دلالت دارد. به‌علاوه این فرضیه به پیدایش سایر
گیتی‌ها همانند جهان ما نیز پرداخته است. حال این سوال در ذهن محققان نقش
بسته است که با اثبات فرضیه اینشتین، بحث فرضیات مربوط به سایر جهان‌های
احتمالی نیز به میان می‌آید. بنابراین کشف شواهد مربوط به فرضیه تورم، مهر
تاییدی بر فرضیات مربوط به موجودیت چندجهانی است که به عقیده دانشمندان این
امر با کمک تلسکوپ بایسپ۲ تحقق یافته است.
شاید کمتر کسی در عرصه علوم، فرضیه "انفجار بزرگ" را زیر سوال ببرد. چرا که
به‌عنوان یکی از معتبرترین و مشهورترین فرضیات مرتبط با حوزه خود است. در
این فرضیه چگونگی شکل‌گیری جهان به طور تفضیلی و با نهایت دقت آمده است و
نشان می‌دهد که چگونه این جهان از حالتی گرم و متراکم که به گفته محققان با
تراکم هسته اتم نیز برابری می‌کرد، به شکل ستارگان و کهکشان‌هایی که
امروزه شاهد آن هستیم درآمد. ابتدا این فرضیه در دهه ۱۹۸۰ مورد تایید واقع
شد، اما با این حال معمایی را در ذهن محققان به‌وجود آورد مبنی بر اینکه،
چگونه این جهان به حالت گرم و متراکم تبدیل شد؟ و یا به عبارتی ساده‌تر، چه
اتفاقی قبل از انفجار بزرگ روی داده است؟
آلن گوث یکی از کیهان‌شناسان خبره آمریکایی دریافته بود که فرآیندی با نام
شکست تقارن، این جهان را به سمت حالت انبساطی سریع به نام تورم و سپس
انفجار بزرگ سوق داده است که البته اکثریت مردم به اشتباه تصور می‌کنند که
اصطلاح انفجار بزرگ شامل تورم نیز می‌شود. اما در حقیقت تورم قبل از انفجار
بزرگ بوده است. وسعت جهان طی تورم به طور چشمگیری افزایش یافته است. این
ایده بعدها توسط محققی آمریکایی به نام آندری لیند به طور کامل‌تری بسط
داده شد و سایر محققان نیز مسئله به وجود آمدن جهانی همانند جهان ما را از
نیستی تشریح کردند.
با این حال تمامی موارد ذکر شده به ایده نوسانات کوانتومی و این حقیقت
عجیب که انرژی میدان گرانشی منفی است، بستگی دارد. نظریه کوانتوم بر این
اصل استوار است که ذرات می‌توانند از هیچ به وجود بیایند، به این شرط که
دوباره و در یک بازه زمانی کوتاه محو شوند. برای درک بهتر این موضوع مثال
جفت الکترون‌ـ‌پوزیترون را در نظر بگیرید که ممکن است با انرژی گرفتن از
خلأ به‌وجود آیند و در کسری از ثانیه از بین بروند و انرژی گرفته شده را
دوباره برگردانند. به این ذرات، ذرات "مجازی" گفته می‌شود، چرا که اگرچه از
دیده‌ها پنهان می‌مانند، اما در عین حال تاثیر آنها بر جهان و همین‌طور
واکنش‌های صورت گرفته میان آنها همانند ذرات "واقعی" قابل تشخیص و شناسایی
است. نکته قابل توجه این است که هرچه توده بیشتری درگیر چنین نوساناتی
باشند، زمان کمتری نیز برای حیات دارند. بنابراین میزان حیات یک جفت پروتون
و آنتی‌پروتون به مراتب کمتر از میزان حیات یک جفت الکترون‌‌ـ پوزیترون
است.
در اینجا مسئله منفی بودن جاذبه زمین به میان می‌آید، بدین‌ترتیب که تصور
کنید تمامی اتم‌های تشکیل‌دهنده خورشید در نامتناهی‌ترین مناطق پخش شوند،
حال درمی‌یابید که هیچ‌گونه انرژی گرانشی را نخواهند داشت، چرا که نیروی
گرانش میان دو ذره به طور نسبی یک است که توسط مجذور فاصله میان آنها
تقسیم شده است.
اما در مواقعی که این ذرات باهم ترکیب شده و ستاره‌ای را شکل دهند، با
تماس‌هایی که از برخورد میان آنها شکل می‌گیرد، گرم شده و به انرژی جنبشی
تبدیل می‌شود که در حقیقت نحوه شکل‌گیری بسیاری از ستارگان همانند خورشید
است. میدان گرانشی که با انرژی صفر آغاز شده بود، هم اکنون انرژی کمتر از
صفر دارد. با یک محاسبه ساده می‌توان دریافت که اگر تمامی مواد در یک نقطه
متلاشی شوند با توجه به معادله مشهور اینشتین، مقدار کلی انرژی گرانشی
آزاد شده دقیقا با مقدار کلی مجموع انرژی آن ستاره برابر خواهد بود. این
بدین‌معناست که در آن زمان، مجموع انرژی ماده توسط انرژی گرانشی منفی آن،
به طور کامل از بین خواهد رفت که در این شرایط شما ماده‌ای به اندازه یک
قطره و با جرم یک ستاره ولی با مجموع انرژی منفی خواهید داشت که نشان‌دهنده
این موضوع است که ستاره‌ای را از نیستی آفریدید. شاید تا اینجای کار
علامت‌های سوال و تعجب زیادی در ذهنتان به‌وجود آمده باشد که اگر این‌گونه
است، بدانید که ذهنتان راه درستی را در پیش گرفته است. چرا که ذهن محققان
نیز همواره درگیر چنین معماهایی بوده است که از میان آنها جورج گاموف که
یکی از فیزیکدانان برجسته عصر خود به شمار می‌رفت. روزی این ایده را با
اینشتین در میان گذاشت که بنابر گفته خود وی ناگهان اینشتین از حرکت ایستاد
و مات و مبهوت به زمین خیره شد. به طوری که هر دویمان در وسط خیابان بودیم
و خطر تصادف خودرو با ما هر لحظه بیشتر از قبل احساس می‌شد.
با این حال بنابر نظر بسیاری از متخصصان علم نجوم و فیزیک تمامی حوادثی که
برای یک ستاره روی می‌دهد در مورد عالم نیز صدق می‌کند و می‌توان همان
حوادث را انتظار داشت. فیزیک کوانتوم بیان می‌کند که نوسانی که متشکل از
مجموع انرژی این جهان است، می‌تواند از نیستی نشات گرفته باشد. اگر منظور
انرژی‌سازی باشد، نوسان کوانتوم می‌بایست به سرعت از بین برود و انرژی
گرفته شده را به خلأ بازگرداند. اما ازآنجایی که مجموع انرژی به‌واسطه
انرژی گرانشی منفی متعادل خواهد شد هیچ‌گونه محدودیت کوانتومی بر طول عمر
این نوسان وجود نخواهد داشت.
شاید به نظر برسد این میدان گرانشی قوی می‌تواند به نوبه خود چنین جهان
اولیه‌ای را به طور کامل از بین ببرد. اما اهمیت موضوع تورم در اینجا مشخص
می‌شود. چرا که شکست تقارنی که گوث از آن نام برد می‌تواند این جهانی را که
همانند دانه‌ای کوچکی است به سرعت رشد داده و آن را به حالت "انفجار بزرگ"
در بیاورد و همچنین انبساط بی‌انتهایی را بر جای بگذارد که برای میلیاردها
سال و همزمان با سرد شدن جهان و شکل‌گیری ستاره‌ها و کهکشان‌ها تداوم
یابد. شاید به جرات بتوان اذعان داشت که هرآنچه را که در جهان کنونی شاهد
آن هستیم از پهنه‌ای حتی کمتر از یک میلیاردم یک ذره پروتون و حتی کوچک‌تر
از آن گرفته شده است. سپس انفجار بزرگ به وقوع پیوست و جهان امروزی شکل
گرفت.
جهان حبابی
حال این سوال بر ذهن محققان نقش می‌بندد که چرا تنها یک جهان شکل گرفت و چرا نمی‌توان انتظار شکل‌گیری و یا کشف جهانی دیگر را داشت؟
دانشمندان بر این عقیده‌اند که اگر یک نوسان کوانتوم منجر به شکل‌گیری چنین
جهانی شده است، بنابراین نوسانات کوانتوم در جهان ما نیز می‌تواند جهانی
دیگر را شکل دهند. هرچند این جهان به مراتب کوچک‌تر از جهان امروزی ما
خواهد بود. این ایده توسط دکتر لی اسمولین از موسسه تحقیقات میدانی کانادا
شکل گرفت. اما جای هیچ‌گونه نگرانی وجود ندارد، چرا که جهان جدید هیچ‌گونه
خطری برای ما محسوب نخواهد شد. چون جهان جدید در ابعاد مشخص شده خود
به‌وجود خواهد آمد و ارتباط میان این دو جهان از طریق یک کرم چاله کوچک
برقرار می‌شود. اگر به این ایده به خوبی پرداخته شود، شاید خلق یک جهان
کوچک دور از انتظار نباشد. رمان "کیهان" نوشته گریگوری بن فورد که یکی از
فیزیکدانان و رمان‌نویسان برجسته به شمار می‌رود، به خوبی می‌تواند این
ایده تامل‌برانگیر مبنی بر "خلق جهان جدید" را در ذهن خوانندگان و
علاقه‌مندان متصور و مجسم کند.
به طور یقین ورای تمامی این ایده‌ها، تفکر و اندیشه‌ای ناب نهفته است. اما
دکتر لیند، مدلی ساده‌تر از تورم را ارائه کرده است. وی عنوان می‌کند که
با نگاهی تیزبینانه‌تر به نظریه نسبیت اینشتین می‌توان به تعریف فضا از بعد
ریاضی پرداخت. بدین‌صورت که فضا همواره در حال گسترش و منبسط شدن است که
دکتر لیند آن را "تورم ابدی" نام گذاری کرده است و همین امر می‌تواند پشت
پرده جهان هستی باشد.
البته مناطقی نیز وجود دارند که تحت تاثیر این تورم قرار نمی‌گیرند و به
نوعی می‌توان گفت که تورم در این مناطق متوقف می‌شود. حباب‌هایی که از میان
دریای در حال تورم به وجود می‌آیند و جهان ما نیز به مانند یک حباب است و
این چنین به نظر می‌رسد که جهان‌های دیگری نیز وجود دارند، حباب‌هایی که در
دورترین مناطق و در آن‌سوی دریای درحال تورم حیات دارند و مانند حباب‌هایی
می‌مانند که زمانی که درِ یک بطری مایع جوشان باز می‌شود، در آن شکل
می‌گیرند.
این ایده نیز همانند سایر ایده‌های موفق ارائه شده در این زمینه، به
پیش‌بینی‌ها و نتایجی ختم شد. در طول سال‌ها و از آغاز سال ۱۹۸۰،
نظریه‌پردازان بزرگ جهان خود را در مقابل چندین نوسان و تغییر عجیب و شگرف
در ایده‌های مرتبط با تورم دیدند که یکی از ساده‌ترین فرضیات از این قرار
است: افزایش بی‌وقفه اندازه جهان، به نحوی تند و شدید بود که منجر به ایجاد
امواجی در ساختار فضا شود که تحت عنوان امواج گرانشی شناخته می‌شوند و این
امواج طی انبساط بعدی جهان امتداد و کشیده خواهد شد، تا به امتداد یک
میلیارد سال نوری برسد. چنین ساختارهای عظیم فضایی، نمی‌توانستند در هیچ
شکل دیگری نمود یابند. به طور طبیعی دست کاری‌هایی که در فضا روی می‌دهد بر
نور عبوری از میان آنها تاثیرگذار خواهد بود و نور نخستین و اولیه‌ای که
از میان این امواج گرانشی عبور می‌کند و امروزه به شکل تابش زمینه‌ای
مایکروویو کیهانی خود را نشان می‌دهند.
با این حال نتایج آزمایش‌ها با پیش‌بینی‌های مرتبط با نسخه ابتدایی تورم
سازگاری دارد که این امر می‌تواند خبر خوبی برای کیهان‌شناسان باشد. زیرا
آسان‌ترین نسخه برای پرداختن به آن است. افزون بر این کیهان‌شناسان تمامی
مدل‌هایی از این جهان اولیه را که تورمی در آن رخ نداد، حذف کردند. به
گفته آلن گوث خبری که به شدت وی را به ادامه راه امیدوار کرده بود این چنین
بود: "نتایج برآمده از تلسکوپ بایسپ۲ بسیار نوید‌بخش است، زیرا موفق به
کشف یک سیگنال موج گرانشی شده که بسیار قوی‌‍تر از انتظارات بوده است. با
فرض اینکه نتایج به‌دست آمده تایید شود و این چنین نیز انتظار می‌رود با
این کشف دریچه جدیدی برای مطالعات فیزیک تورم به روی ما گشوده خواهد شد."
اگر یک "جهان حبابی" دیگری نیز در این چندجهان وجود داشته باشد، احتمال
می‌رود که در زمان‌های بسیار دور با سیاره ما برخورد داشته‌اند و همانند
برخورد دو حباب صابون با یکدیگر تماس داشته و سپس از هم جدا شوند. یکی از
اثرات ناشی از این برخورد برجای گذاشتن یک الگوی دیسک مانند در قطبیدگی
تابش زمینه خواهد بود. مشاهده چنین حلقه‌های بزرگی توسط بایسپ۲ بسیار دشوار
و امری نشدنی است. اما با این وجود کیهان‌شناسان در خصوص این که چه نوع از
الگوهایی باید بر اثر این برخورد مشاهده شوند، تخمین‌ها و برآوردهایی
داشته‌اند. دانیل موتلاک از دانشکده سلطنتی لندن در این‌باره عنوان می‌کند،
این گروه تحقیقاتی با نهایت دقت تمام سعی خود را به کار بسته است تا
ارزیابی‌های خود را مبنی بر این که تا چه اندازه ممکن است علامت‌های برخورد
احتمالی حباب‌ها به صورت اتفاقی نمود پیدا کند، صورت دهد. وی اظهار
امیدواری می‌کند که با ارزیابی آخرین اطلاعات به‌دست آمده از سفینه فضایی
پلانک بتوان پرده از الگوهایی مورد انتظار برداشت.
و در پایان شاید بتوان بزرگ‌ترین دستاورد این کشف را این موضوع عنوان کرد
که جهانی که در آن زندگی می‌کنیم تنها نیست. اگر تورم ابدی درست باشد که
تمامی شواهد نیز بر صحت این موضوع دلالت دارند جهان ما یکی از چندین جهان
این هستی است و همین امر دانشمندان را به این فکر واداشته است که اگر
جهان‌های دیگری نیز وجود دارند پس مکان‌های قابل سکونت دیگری به غیر از
زمین نیز وجود خواهند داشت که می‌توان به‌عنوان مقصد بعدی فضانوردان و
کاوشگران برای بررسی شرایط حیات در آنها باشد.
منبع: مجله دانشمند شماره 617 اسفند 1393
مجله دانشمند 617