آیا جهان لبه‌ دارد؟ آیا انسان قادر به مشاهده آن خواهد بود؟

آیا جهان لبه‌ای دارد که در آن همه چیز تمام شود، آیا در صورت وجود لبه، انسان قادر به مشاهده آن خواهد بود؟ یا بطور کلی کیهان چگونه منبسط می‌شود، اینها سوالاتی هستند که در این نوشتار بررسی می‌شوند.

دانشمندان می‌دانند که کیهان با سرعت فزاینده‌ای در حال انبساط است. بنابراین اگر همانند بادکنک باشد، چه چیزی در حال رشد است؟ به عبارت دیگر، چه چیزی در ورای کیهان شناخته شده قرار دارد؟ تعریف عبارت «ماورای کیهان» به این معنی است که کیهان دارای لبه‌ای است. اینجاست که همه چیز پیچیده می‌شود، زیرا دانشمندان مطمئن نیستند که چنین چیزی وجود داشته باشد. پاسخ به این سوال به نحوه نگاه فرد به آن بستگی دارد.

حالت دیگر برای پرسیدن این سؤال این است که آیا می‌توانید به جایی بروید که از آنجا بتوانید ماورای کیهان را ببینید؟ حالتی مشابه نگاه کردن از لبه یک صخره یا نگاه کردن از طریق یک پنجره و دیدن نمای بیرون ساختمان، در پاسخ به این عبارت می‌توان گفت که احتمالاً اینگونه نیست.

رابرت مک نیس (Robert McNees) استادیار فیزیک در دانشگاه لویولا شیکاگو می‌گوید: یکی از دلایل شامل اصل کیهان شناسی (cosmological principle) است. اصل کیهان شناسی بیان می‌کند که توزیع ماده در هر نقطه از کیهان تقریباً به همان اندازه در قسمت‌های دیگر است، صرف نظر از اینکه به چه جهت نگاه کنید؛ دانشمندان این وضعیت را با اصطلاح جهان ایزوتروپیک (isotropic) بیان می‌کنند.

اصل کیهان شناسی تا حدودی در نتیجه‌ این عقیده است که قوانین فیزیک در همه جا یکسان هستند. مک نیس در ادامه می‌گوید: در اینجا تنوع محلی زیادی وجود دارد، ستاره‌ها، کهکشان‌ها، خوشه‌ها و غیره. اما به طور معمول همه آنها در مقادیر قابل توجه و بزرگی از فضا قرار دارند و هیچ جایی از فضا واقعاً متفاوت از سایر نقاط نیست. 

این مفهوم دلالت بر این دارد که جهان لبه‌ای ندارد. جایی وجود ندارد که در آن کیهان به پایان برسد، جایی که در آن بتوان ماورای کیهان را دید وجود ندارد.

یک مقایسه که اغلب برای توصیف جهان بدون لبه استفاده می‌شود، سطح بادکنک است. یک مورچه بر روی چنین سطحی می‌تواند از هر جهتی قدم بزند در اینصورت به نظر می‌رسد که این سطح بی مرز است، یعنی مورچه به جایی که سفر خود را از آنجا آغاز کرده می‌رسد، اما آنجا دیگر پایان سفر نخواهد بود. بنابراین حتی اگر سطح یک بادکنک از تعداد محدودی از واحدهای مربع تشکیل شده باشد، هیچ لبه‌ای برای آن وجود ندارد، (از آنجایی که می‌توانید برای همیشه در هر جهت حرکت کنید) هیچ مرزی وجود ندارد. علاوه بر این مرکزی نیز وجود ندارد، زیرا هیچ نقطه‌ای بر روی سطح کروی بادکنک وجود ندارد که بر بقیه نقاط ارجحیت داشته باشد. جهان نسخه‌ای سه‌ بعدی از پوسته بادکنک است. 

بیشتر بخوانید: جهان هستی بر روی یک حباب در حال گسترش است

جهان بادکنکی

اما اگر هیچ انتها یا لبه‌ای برای جهان وجود نداشته باشد، جهان چگونه می‌تواند منبسط شود؟

برای پاسخ به این سوال باید دوباره از قیاس بادکنک استفاده کنیم. اگر بخواهیم هوای بیشتری به بادکنک اضافه کنیم، مورچه‌ها مشاهده خواهند کرد که اشیاء روی سطح بادکنک در حال دور شدن از آنها هستند. و هرچه فاصله جسم از مورچه بیشتر باشد، آن جسم با سرعت بیشتری دور خواهد شد. فارغ از اینکه مورچه‌ها با چه سرعتی حرکت می‌کنند، سرعتی که اجسام با آن در حال دور شدن هستند همان روابط را دنبال می‌کند. اگر مورچه‌ها معادله‌ای داشته باشند که توصیف کند دورترین اشیاء چقدر سریع دور می‌شوند، این معادله به همان روش در هر نقطه از سطح بادکنک کار می‌کند.

بیشتر بخوانید: جهان سریعتر از آنچه که دانشمندان انتظار دارند، رشد می‌کند

با این حال هنگامی که بادکنک‌ها باد می‌شوند، در یک فضای سه بعدی در حال گسترش هستند. مشکل این است که این وضعیت در مورد جهان صدق نمی‌کند. طبق تعریف جهان شامل همه چیز است، بنابراین خارج وجود ندارد. استیون هاوکینگ (Stephen Hawking) درباره این مورد گفته که کل سؤال بی معنی است، زیرا اگر جهان از هیچ چیز به وجود آمد و پس از آن همه چیز را به وجود آورد، پس پرسیدن آنچه در ورای کائنات وجود دارد مانند پرسیدن این است شمالِ قطب شمال است کجاست.

دکتر کیتی مک (Katie Mack) اخترفیزیکدان نظری از دانشگاه ملبورن می‌گوید: فکر کردن به اینکه جهان در حال کاهش چگالی است احتمالاً مفیدتر از انبساط جهان باشد. وی اعتقاد دارد که با انبساط جهان، غلظت ماده رو به کاهش است.

کهکشان‌ها به دلیل فاصله زیاد از یکدیگر دور نمی‌شوند بلکه این فضاست که بزرگتر می‌شود. بنابراین اگر موجودات فرازمینی هم مانند انسان‌ها به کهکشان‌های دیگر نگاه کنند، احساس می‌کنند که همه کهکشان‌ها در همه جهات در حال دور شدن از آنها هستند و فقط کهکشان خودشان است که ثابت است.

بیشتر بخوانید: ۵ دلیل برای اینکه ما احتمالاً در چندجهانی زندگی می‌کنیم

از آنجا که فضا در حال انبساط است ممکن است کهکشان‌ها بدون آنکه نظریه نسبیت خاص را نقض کنند (براساس قانون نسبیت هیچ چیز نمی‌تواند سریعتر از نور در خلاء حرکت کند) طوری دیده شوند که گویی سریعتر از نور حرکت می‌کنند. به گفته مک اندازه واقعی جهان قابل مشاهده از هر جهت ۴۶٫۵ میلیارد سال نوری است، حتی اگر جهان فقط ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش آغاز شده باشد. اما این مورد برای مشاهده جهان توسط انسان‌ها محدودیتی به نام عالم قابل مشاهده (Observable Universe) ایجاد می‌کند. هیچ چیز خارج از شعاع ۴۶٫۵ میلیارد سال نوری برای ما زمینی‌ها قابل رویت نیست و هرگز نخواهد بود. دلیل این امر، این است که فاصله بین اشیاء در جهان بیشتر می‌شود و نرخ سریع‌تر آن از سرعت پرتوهای نوری است که به زمین می‌رسند.

علاوه بر آن نرخ انبساط یکنواخت نیست، کسری از ثانیه بعد از بیگ بنگ دوره گسترش شتابی به نام تورم وجود داشت که طی آن، جهان با سرعتی بسیار سریع‌تر از اکنون رشد می‌کرد. به این دلیل تمام مناطق فضا هرگز از زمین قابل مشاهده نخواهند بود. مک خاطرنشان کرد: با فرض دوره تورمی که اتفاق افتاده، جهان در واقع ۱۰۲۳ برابر بزرگتر از آن ۴۶٫۵ میلیارد سال نوری است که بشر توانایی مشاهده آن را دارد. بنابراین اگر لبه‌ای برای جهان وجود داشته باشد، خیلی دورتر از آن است که زمینی‌ها بتوانند آن را، و هرگز مشاهده نخواهند کرد. 

بیشتر بخوانید: نظریه بیگ بنگ چیست؟ تاریخچه آغاز جهان

فضای نامتناهی؟

اینکه جهان در فضای نامتناهی به وجود آمده است یا نه، مک می‌گوید که به صورت یک سوال بی جواب باقی مانده است. به گفته وی ممکن است کیهان ما در درون جهانی با یک بعد اضافه‌تر قرار داشته باشد، همانطور که یک کره با سطح دو بعدی در جهان سه بعدی قرار می‌گیرد.

یک عامل دیگر این است که آیا جهان از هیچ و از طریق نوسانات کوچک در خلاء ایجاد شد، یا همانطور که هاوکینگ و جیمز هارتل (James Hartle) پیشنهاد می‌کنند: زمان و مکان در آغاز تقریباً قابلیت تبدیل به یکدیگر را داشتند. با این مورد، پرسیدن اینکه قبل از این جهان چه چیزی وجود داشته و یا در ورای کیهان چه چیزی وجود دارد، یک سوال بی‌معنی است.

مک می‌گوید: تلاشهای زیادی برای حل این مسئله که آیا جهان مانند یک کره است و در خود خمیده می‌شود، به گونه‌ای که اگر در یک جهت حرکت کنید سرانجام به نقطه شروع خود باز خواهید گشت، انجام شده است. وی گفت: ما به دنبال نقاط تکراری در آسمان هستیم. این چیزی است که مردم هنگامی که به دنبال شواهدی برای جهان متناهی هستند، جستجو می‌کنند.فضای ما می‌تواند یک فضای سه بعدی تعبیه شده در یک فضای چهار بعدی باشد (جهان چهار بعد دارد که انسانها با آنها سه بعد فضا و یک بعد زمان تعامل دارند، اما این بدان معنی است که یک بعد مکانی چهارم اضافی نیز وجود دارد).

اگر ستاره شناسان دو نقطه در دو طرف مخالف آسمان پیدا کنند که دقیقاً یکسان باشند، این کشف مدرک بسیار قوی برای این فرضیه خواهد بود که جهان منحنی است، گرچه هیچ تضمینی برای اثبات ای فرض وجود ندارد. در حالی که برخی نظریه‌های کیهان شناسی مانند نظریه ریسمان ابعاد بالاتری را پیشنهاد می‌دهند، اما در بسیاری از این نظریات جهان پیچیده و کوچک خواهد بود، در حالی که در نظریه جهان منحنی با بعد اضافی جهان باید بزرگ باشد.

همه اینها به این معنی هستند که اگر جهان پایانی داشته باشد، ممکن است انسان‌ها هرگز نتوانند آن را ببینند و این احتمال واقعی وجود دارد که جهان به گونه‌ای شکل گرفته باشد که مرز و لبه‌ای نداشته باشد.

 

بیشتر بخوانید: دنیا چگونه به پایان می رسد؟