جهان چه شکلی دارد ؟

31 فروردین ماه 1388 (مطلب شماره 110)

یونانیان باستان، در ابتدا بر این عقیده بودند که زمین صفحه مسطح عظیمی است که بر روی یک اقیانوس شناور بوده و آسمان نیز گنبد سیاه رنگ عظیمی است که این اقیانوس را در برگرفته و ما نور آتش خدایان که در ورای این گنبد قرار دارد را از روزنه های این گنبد، بصورت ستارگان آسمان مشاهده می کنیم. این تصویری بود که آنها از جهان در ذهن خود متصور بودند. اما امروز می دانیم که زمین، سیاره ای تقریباً کروی است که بدلیل کوچک بودن بیش از حد ما، آن را بصورت یک سطح تخت می پنداریم. با گسترش حوزه اطلاعات بشر پیرامون جهان، امروزه براستی چه شکلی را برای ساختار بزرگ-مقیاس جهان در نظر می گیریم ؟

برای درک شکل بزرگ-مقیاس جهان، ابتدا نیاز به درک ساختار و رفتار کیهان در مقیاس های عظیم داریم. عکس از : هابل

می دانیم که برای پی بردن به شکل کلی جهان، می بایست از ناحیه ای خارج از آن، به آن بنگریم. اما چنین چیزی ممکن نیست. در عین حال می دانیم که هر چه ابزارهای نجومی ما، عمق بیشتری در فضا را به نمایش بگذارند، در حقیقت به زمانهای دورتری می نگریم. طبق دقیق ترین محاسبات منتشر یافته، عمر جهان ما در حدود 13.7 میلیارد سال است. یعنی اصولاً نبایستی جرمی با فاصله دورتر از 13.7 میلیارد سال نوری از ما وجود داشته باشد، چراکه نور سریعترین قاصد اطلاعات یک جسم در جهان ماست و بر فرض آنکه از ابتدای جهان یک دسته پرتو نور در فضا منتشر شد، این پرتو حداکثر به مدت عمر جهان در سفر بوده است؛ و اگر بپذیریم که چیزی ماورای 13.7 میلیارد سال نوری از ما واقع شده است، در حقیقت گفته ایم که سریعتر از سرعت نور نیز می توان حرکت کرد؛ و بر اساس نظریه نسبیت خاص، چنین چیزی امکان ندارد.
اما نظریه نسبیت خاص، فرض مطلق بودن سرعت نور را تنها در چارچوبی خاص که حرکتی از خود نشان نمی دهد، ارائه می دهد؛ به این معنا که اگر فضای مابین چشم ناظر و منبع نور هیچ تغییری از خود نشان ندهد، سرعت نور همان چیزی خواهد بود که همه با آن آشناییم. اما شاید از خود بپرسید مگر فضا هم می تواند تغییر شکل بدهد؟ جواب، مثبت است. چون جهان ما در حال انبساط است، فضای درون آن نیز چنین انبساطی را تجربه می کند. از طرفی چون ما در مقیاس های بسیار ریزی از جهان زندگی می کنیم با چنین انبساطی در زندگی روزمره آشنایی نداریم. مثلاً با اطمینان می توانید بگویید که فاصله یک شهر تا شهر دیگر دقیقاً چه مقدار است و مطمئناً کسی تاکنون ندیده است که بر اثر انبساط جهان، فاصله بین دو شهر آرام آرام افزایش یابد ! جالب است بدانید تأثیر انبساط جهان بر افزایش فاصله زمین تا خورشید، 1 قسمت در سپتیلیون (1 و 24 عدد صفر روبرویش) در تمامی عمر منظومه شمسی است !
اما در مقیاس های عظیم کیهانی، این انبساط خودنمایی می کند؛ به این معنا که فضای مابین ما و کهکشان های دوردست بوضوح در حال کش آمدن است و طبق محاسبات، نور برخی از کهکشان های دوردست هیچگاه به ما نمی رسد چراکه طبق مثالی که در بالا ذکر کردیم، هر چند سریعتر از سرعت نور نمی توان حرکت کرد، اما اگر فضا خود دچار انبساط شود، میزان این انبساط را نیز بایستی مدنظر قرار داد و در نتیجه بایستی قبول کرد که سرعت دور شدن برخی از دورترین کهکشان های عالم از ما آنچنان بر اثر انبساط جهان زیاد است، که عملاً از نگاه ما، آنها سریعتر از سرعت نور از زمین دور می شوند و بنابراین از روی زمین هیچگاه نمی توان آنها را دید.

در این تصویر، سه کهکشان نشان داده شده است. کهکشان شماره 1، که درون حجم هابل قرار دارد، کهکشان شماره 2، که در مرز حجم هابل قرار دارد و کهکشان شماره 3، که بیرون از حجم هابل است. سرعت دور شدن کهکشان 1 از ما، از سرعت نور کمتر است و بنابراین آن را می بینیم. کهکشان 2، با سرعت نور از ما دور می شود و کهکشان 3، سریعتر از سرعت نور از ما دور می شود و در نتیجه هیچ گاه قادر به مشاهده آن نیستیم / طراحی از : احسان سنایی

این یک محدودیت برای ماست؛ چراکه سریعترین قاصد اطلاعات در جهان نور است و با این حساب تنها قادریم بخشی از جهان خود را که از آن نور دریافت می کنیم، بشناسیم. در چنین شرایطی صحبت کردن از شکل جهان نیز بی معنی است. طبق محاسبات، مرز قسمت پیدا و پنهان جهان ما در فاصله 46.5 میلیارد سال نوری از ما واقع شده است* و طبیعتاً هنگامی که از شکل جهان صحبت به میان می آوریم، تنها بایستی شکل جهان قابل رؤیت را تصور کنیم که کره ای بسیار عظیم با شعاع 46.5 میلیارد سال نوری و با مرکزیت زمین است. به این کُره، اصطلاحاً حجم هابل گفته می شود. شعاع کرۀ جهان قابل رؤیت ما، اندکی از شعاع حجم هابل وسیعتر است که علت آن را در روزهای آینده خواهیم گفت. اما حقیقت آن است که تمامی جهان هستی (اعم از آنچه می بینیم و نمی بینیم)، وسیعتر از این ابعاد است و در رابطه با شکل آن نیز هیچ نمی توان گفت!

* در بالا به این نکته اشاره کردیم که چیزی دورتر از 13.7 میلیارد سال نوری از ما قرار ندارد؛ اما در این جمله، انبساط فضا را لحاظ نکرده بودیم. با احتساب انبساط فضای مابین کهکشان ها، این فاصله بسیار بزرگتر از 13.7 میلیارد سال نوری می شود و ما تنها قادر به مشاهده 46.5 میلیارد سال نوری از آن هستیم !

***