نتیجه باورنکردنی یک مطالعات علمی به احتمال کروی بودن کیهان اشاره دارد!

در دنیای علم، باور بر این است که کیهان دارای بافت و شکلی مسطح و تخت است. اما مطالعات اخیر گروهی بین‌المللی از ستاره شناسان از احتمال کروی بودن کیهان پرده برداشته است!

وقتی ما داخل یک چیزی قرار داشته باشیم و نتوانیم آن را از بیرون مشاهده کنیم، به سختی می‌توانیم متوجه ظاهر و شکل آن شویم. این مشکلی است که هزاران سال انسان‌ها در کره زمین داشتند و فکر می‌کردند که زمین مسطح است. پس از اینکه ما توانستیم از کره زمین خارج شویم، یک سوال جدید برایمان بوجود آمد: “منظومه شمسی چه شکلی است؟”. پس از پی بردن به پاسخ این سوال، ذهنمان درگیر ظاهر و شکل کهکشان خودمان یعنی کهکشان راه شیری شد. اما با وجود اینکه هنوز به طور قطعی نمی‌دانیم که کهکشان راه شیری دقیقا چه شکل و ظاهری دارد، بسیاری از دانشمندان به دنبال حل معمای به مراتب بنیادی‌تر و البته سخت‌تر هستند آن هم اینکه اصلا خود کیهان به چه شکلی است؟ اکثر فیزیکدانان و به طور کلی دانشمندان معتقدند که کیهان، شکلی مسطح و تخت دارد. اما آیا ممکن است خود کیهان هم درست مانند ستاره‌ها و سیاره‌ها و بسیاری اجرام آسمانی دیگر، گرد و کُرَوی باشد؟ کروی بودن کیهان چیزی است که اگر ثابت شود، حتی از اثبات کروی بودن سیاره خودمان هم بزرگتر و جنجالی‌تر خواهد بود. اگر واقعا کیهان کروی باشد، پایه و اساس علم فیزیک زیر سوال می‌رود!

شکل کیهان

با وجود اینکه بحث تخت بودن کیهان به هیچ عنوان ثابت نشده، اما در جامعه علمی به طور کلی باور بر این است که کیهان، شکلی مسطح و تخت دارد. بحث تخت بودن کیهان زمانی در میان دانشمندان پرطرفدار شد که آن‌ها متوجه شدند اگر یک پرتو از فوتون‌ها را به خلاء بفرستیم، این فوتون‌ها مسیر مستقیمی را طی خواهند کرد.

تقریبا یک سال پیش بود که دانشمندان و فیزیکدانان با بررسی داده‌های به دست آمده از ماهواره پلنک (Planck) که متعلق به آژانس فضایی اروپا (یا به اختصار: ESA) است، به این نتیجه رسیدند که جهان با ضریب خطای 0.4 درصدی، تخت و مسطح است. اما یک تیم بین‌المللی از ستاره شناسان به رهبری خانم اِلِنورا دی وَلِنتینو (Eleonora Di Valentino) معتقدند به یکی از داده‌های بدست آمده از پلنک به حد کافی توجه نشده است؛ داده‌ای که می‌تواند مسطح بودن کیهان را به طور کامل زیر سوال ببرد!

داده‌ای که خانم دی ولنتینو و همکاران او به آن اشاره دارند، در آن واحد به دو موضوع مهم اشاره دارد؛ پرتوهای CBM و همگرایی گرانشی که هر دو موضوع را در ادامه به طور خیلی مختصر، مورد بررسی قرار خواهیم داد.

تابش زمینه کیهانی، یا تابش مایکروویو زمینه کیهانی (Cosmic Microwave Background) که به اختصار با نام پرتوهای CMB شناخته می‌شوند، پرتوهای نوری بسیار کم‌سو و نحیفی هستند که هیچ جرم آسمانی‌ای باعث تولید آن‌ها نمی‌شود اما با این حال، در کیهان وجود دارند! درواقع اگر ما بتونیم به نحوی جلوی انتشار تمام نورهایی که توسط اجرام آسمانی گوناگون در کیهان بوجود می‌آید را بگیریم، باز هم یک نور بسیار کم‌سو و نحیف در کیهان قابل مشاهده است. این نور، همان CMB است.

اگر این سوال برایتان بوجود آمده که منبع پرتوهای CMB چیست، باید بگوییم که این پرتوها درواقع بازمانده‌های دوران بیگ بنگ هستند و همان سال‌های ابتدایی شکل گیری کیهان بوجود آمده‌اند! به طور کلی دانشمندان معتقدند که این پرتوها حدودا 380 هزار سال پس از رخ دادن بیگ بنگ بوجود آمده‌اند. از آنجایی که طبق تخمین‌های دقیق فیزیکدانان، بیگ بنگ 13.5 میلیارد سال پیش رخ داده، در نتیجه دیگر نیازی به توصیف عمر غیرقابل تصور پرتوهای CMB باقی نمی‌ماند!

اما همانطور که گفته شد، خانم دی ولنتینو و تیم او به یک پدیده دیگر کیهانی هم اشاره دارند و آن پدیده، “همگرایی گرانشی” نام داد. همگرایی گرانشی (Gravitational Lens) که در نظریه مشهور نسبیت عام انیشتین هم پیش‌بینی شده بود به پدیده منحرف شدن پرتوهای نور توسط گرانش موجود در اجرام آسمانی پرجرم اشاره دارد. به عنوان مثال هنگامی که یک پرتو نور از کنار یک خوشه کهکشانی عظیم عبور می‌کند، جاذبه بسیار زیادی که در این خوشه کهکشانی وجود دارد باعث منحرف شدن پرتوهای نور می‌شود.

اما آن داده‌ای که مد نظر تیم خانم دی ولنتینو هم قرار داد، به چه موضوعی اشاره می‌کند؟ بر اساس این داده، میزان همگرایی گرانشی پرتوهای CMB ثبت شده توسط ماهواره پلنک، به مراتب بیشتر از حد انتظار فیزیکدانان است. درواقع مدل‌های کنونی فیزیکدانان، توانایی توجیه این حد از انحراف یا همگرایی گرانشی در پرتوهای CMB را ندارد.

خانم دی ولنتینو و ستاره شناسانی که او را در تحقیقاتش همراهی کردند، با بررسی‌های فراوان به این نتیجه رسیدند که می‌توان یک توجیه منطقی برای بیش از حد بودن همگرایی گرانشی پرتوهای CMB عنوان کرد و آن هم این است که صرفا پایه و اساس درک ما از کیهان مشکل دارد! به گفته آن‌ها اگر سرتاسر کیهان را مانند یک شیء کروی شکل و متناهی در نظر بگیریم، آنگاه نه تنها همگرایی گرانشی شدید پرتوهای CMB قابل توجیه است، بلکه کاملا هم منطقی است!

احتمال کروی بودن کیهان

سوالی که ممکن است برایتان بوجود آمده باشد این است که اصلا کروی بودن کیهان به چه معنی است و چه اهمیتی دارد؟ برای درک این موضوع، بهتر است ابتدا یک یادآوری از مفهوم تخت بودن کیهان داشته باشیم!

در یکی از پرطرفدارترین و پراستفاده‌ترین مدل‌هایی که درحال حاضر فیزیکدانان از آن برای تفسیر کائنات استفاده می‌کنند، باور بر این است که کیهان یا بهتر بگوییم، سرتاسر هستی، مسطح است و تا بی‌نهایت هم ادامه دارد. درست مانند یک فرش که از تمامی جهات تا بی‌نهایت امتداد پیدا کرده است. در نتیجه اگر یک پرتو نور یا هر چیزی بتواند بر تمام موانع سر راهش غلبه کند و یک مسیر مستقیم را طی کند، آنگاه تا ابد به مسیر خودش ادامه خواهد داد و هرگز به نقطه شروع حرکتش باز نخواهد گشت.

اما کروی بودن کیهان به این معنی است که اگر همان پرتو نور یا شیء رسوخ ناپذیر و فرضی ما بتواند با غلبه بر تمام موانع سر راهش، منحرف نشود و مسیر مستقیم خودش را طی کند، پس از مدتی، بالاخره به محلی ابتدایی خودش باز خواهد گشت! این موضوع دقیقا همان چیزی است که به سادگی در هر جرم آسمانی کروی دیگری، مانند سیاره خودمان هم قابل مشاهده است. به عنوان مثال اگر یک هواپیما در کره زمین شروع به طی کردن یک مسیر مستقیم کند و سوخت کافی هم داشته باشد، پس از مدتی یک دور کامل به دور کره زمین می‌چرخد و دوباره به نقطه ابتدایی خودش باز خواهد گشت.

مشکل اساسی فیزیکدانان و اخترشناسان در این واقعیت نهفته است که بشر نه تنها در حال حاضر توانایی مشاهده تمام کیهان را ندارد، بلکه به احتمال قریب به یقین، هرگز هم توانایی چنین کاری را پیدا نخواهد کرد. به طور کلی کیهان انقدر عظیم است که تمام دانش و درک ما از آن، تنها معطوف به بخش بسیار کوچکی از کیهان می‌شود. به این بخش بسیار کوچک، به اصطلاح، جهان قابل مشاهده (Observable Universe) گفته می‌شود. برای درک بهتر این موضوع، به شما پیشنهاد می‌کنیم مقاله‌ای که در ادامه معرفی می‌شود را مطالعه کنید:

با توجه به محدود بودن جهان قابل مشاهده بشر، ما عملا توانایی اثبات مسطح بودن یا کروی بودن کیهان را نداریم. درواقع مشکل ما اینجا است که نمی‌دانیم جهان قابل مشاهده ما، چقدر کوچکتر از ابعاد واقعی جهان است. این عدم آگاهی باعث شده که ما هرگز نتوانیم با استناد به جهان قابل مشاهده خودمان، به طور قطعی، شکل کیهان را مشخص کنیم.

اگر جهان قابل مشاهده، درصد قابل توجهی از ابعاد کل کیهان را در برگرفته باشد، می‌توان گفت که به احتمال بسیار زیاد، مدل‌های کنونی ما درست هستند و جهان هستی واقعا مسطح است یا حداقل اینکه اگر خمیدگی دارد هم این خمیدگی در حدی نیست که بخواهد به کیهان، شکلی کروی بدهد. اما این فرض، به احتمال بسیار زیاد، یک فرض محال است چرا که تقریبا تمام دانشمندان معتقدند که جهان قابل مشاهده ما انقدر در مقایسه با ابعاد واقعی جهان کوچک است که بسیار بعید است توانسته باشد بخش قابل توجهی از آن را در بر گرفته باشد.

اگر این تصویر را، کل جهان هستی درنظر بگیریم، جهان قابل مشاهده ما آن دایره کوچکی است که در مرکز تصویر مشاهده می‌کنید!

اینجا است که بحث جذاب می‌شود! اگر واقعا جهان قابل مشاهده ما در مقایسه با ابعاد واقعی کیهان، کوچک و ناچیز باشد آنگاه می‌توان ادعا کرد که مدل‌های کنونی بشر در رابطه با شکل کیهان هم می‌توانند کاملا اشتباه باشند! اگر یک مثال خیلی ساده بخواهیم بزنیم، این موضوع دقیقا مانند همان چیزی است که هزاران سال انسان‌ها را مجاب به مسطح بودن کره زمین کرده بود. اگر ما تنها ناحیه‌ای محدود از کره زمین را مشاهده کنیم، قطعا متوجه گرد بودن زمین نخواهیم شد. اما هنگامی که درصد بیشتری از سیاره خودمان را در یک نما مشاهده کنیم، آنگاه کاملا متوجه گرد بودن آن خواهیم شد.

البته واضح است که هرگز نمی‌توانیم به همین سادگی مدل‌های کنونی فیزیکدانان در رابطه با شکل کیهان را زیر سوال ببریم. علت این موضوع این است که فیزیکدانان صرفا نظاره‌گر جهان قابل مشاهده نیستند و به طور کامل در حال بررسی و آنالیز آن هستند. اگر به همان مثال خودمان در رابطه با کره زمین هم برگردیم، ما تنها در صورتی نمی‌توانیم با رصد بخش کوچک و محدودی از کره زمین متوجه گرد بودن آن بشویم که تنها قصد داشته باشیم به چشم‌های خودمان اعتماد کنیم. اگر همین بخش محدود را به طور کامل مورد بررسی و آنالیز قرار دهیم، آنگاه به روش‌های گوناگونی متوجه گرد بودن زمین خواهیم شد یا حداقل اینکه متوجه می‌شویم که نمی‌توان به طور قطعی از مسطح بودن زمین حرف زد.

دلایل زیادی برای رد کردن تئوری کروی بودن کیهان وجود دارد، درواقع خیلی ساده بخواهیم بگوییم، تقریبا هرچیزی که بشر تاکنون در رابطه با کیهان کشف کرده، مسطح بودن آن را تایید و درنتیجه کروی بودنش را رد می‌کند. اما جالب است بدانید که یکی از مهمترین فرضیه‌های فیزیکدانان، یعنی بحث انبساط دائمی کیهان لزوما با کروی بودن کیهان در تناقض نیست! برای درک بهتر این موضوع کافی است یک بادکنک را در نظر بگیرید. علی رغم اینکه بادکنک یک جسم کروی شکل، محدود و متناهی است، اما به سادگی هرچه تمام‌تر توانایی منبسط شدن را دارد؛ صرفا کافی است در آن فوت کنید! البته اگر واقعا ثابت شود که کیهان کروی است و همچنین در حال انبساط هم هست، بیایید امیدوار باشیم بلایی که منبسط شدن در نهایت سر بادکنک می‌آورد، بر سر کیهان نیاید!

پس به طور کلی اگر بخواهیم تمام مطالبی که گفته شد را جمع بندی کنیم، باید بگوییم که در جامعه علمی، باور بر این است که اکثر اجرام آسمانی مانند سیاره خودمان زمین، گرد و کروی شکل هستند اما خود کیهان، با ضریب خطای 0.4 درصد، مسطح و تخت است. با این حال بررسی‌های جدید دانشمندان نشان می‌دهد که احتمال کروی بودن کیهان هم وجود دارد. اگر جهان هستی دارای خمیدگی مثبت باشد، یا به زبان ساده‌تر کروی باشد، آنگاه قطعا متناهی است. کروی بودن و همچنین متناهی بودن کیهان به این معنی است که اگر یک پرتو نور یا یک جسم فرضی، بدون توقف شروع به طی کردن یک مسیر مستقیم بکند، آنگاه بالاخره به نقطه آغاز حرکت خودش باز خواهد گشت. اگر کروی بودن کیهان واقعا ثابت شود و این جسم فرضی ما هم واقعا وجود داشته باشد، آنگاه می‌توان گفت که بشر شانس قابل توجهی برای پرده‌برداری از اسرار کیهان دارد. اما اگر این موضوع ثابت نشود و جهان هستی واقعا مسطح و البته نامتناهی و نامحدود باشد، آنگاه می‌توان گفت که بخش عظیمی از کیهان، تا ابد از دسترس بشر خارج خواهد بود و به احتمال بسیار زیاد، ما هرگز پاسخ بسیاری از سوالات خودمان در رابطه با جهان هستی را نخواهیم یافت. پس دیگر سوالی باقی نمی‌ماند که ما ترجیح می‌دهیم کیهان به چه شکلی باشد!