سرانجام شاید بفهمیم پیش از مهبانگ چه بوده است

آیا ممکن است تمام این‌ها قبلاً هم اتفاق افتاده باشد؟ و آیا ممکن است دوباره تکرار شود؟

منبع تصویر: مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا/آزمایشگاه CI

کیهان‌شناسی با برخی از بنیادی‌ترین پرسش‌های ما دربارهٔ هستی روبرو می‌شود: همه چیز چگونه آغاز شد؟ و چگونه به پایان خواهد رسید؟

ده‌ها سال است که اخترشناسان با استفاده از فناوری‌ها و بینش‌های نوین، به کاوش در جهان پیرامون ما پرداخته‌اند تا درک بهتری از لحظات آغازین جهان به دست آورند. آن‌ها با رصد کهکشان‌هایی چنان دور که نورشان میلیاردها سال در راه بوده تا به زمین برسد، در واقع به زمانی می‌نگرند که جهان در دوران طفولیت خود به سر می‌برد.

افسوس که نگاه ما به گذشته محدود است. ستاره‌ها تنها چند صد هزار سال پس از پیدایش جهان شروع به درخشیدن کردند. هرچه به عقب‌تر می‌رویم، آثار رویدادهای پیشین بیشتر زیر سایهٔ انفجار ستارگان و برخورد کهکشان‌های بعدی محو می‌شوند.

اگر به قدر کافی به عقب برگردیم، حتی همین ردپاها نیز ناپدید می‌شوند و در مهبانگ (Big Bang) – همان انفجاری که جهان ما را آفرید – پاک می‌شوند.

بنابراین، شاید پاسخ‌ها نه در نگاه به گذشته، بلکه در نگاه به آینده نهفته باشد. آیا ممکن است با درک پایان جهان، به شناختی از آغاز آن نیز دست یابیم؟

پروفسور هنری تای از دانشگاه کرنل، یکی از فیزیکدانان نظری است که تلاش می‌کند سرنوشت نهایی جهان ما را پیش‌بینی کند. تای و تیمش با استفاده از آخرین مشاهدات کیهانی، توانسته‌اند شبیه‌سازی‌های دقیقی از کیهان بسازند. سپس، ساعت را میلیاردها سال به جلو می‌برند تا دریابند چه چیزی در انتظار ماست.

این شبیه‌سازی‌ها با مهبانگ آغاز می‌شوند که ۱۳.۸ میلیارد سال پیش جهان را به حرکت درآورد. طبق درک کنونی ما، خودِ فضا از آن زمان همواره در حال انبساط بوده و کهکشان‌ها را پیوسته از یکدیگر دورتر کرده است. در ابتدا، کیهان‌شناسان گمان می‌کردند که این انبساط به مرور زمان و با از دست دادن نیروی اولیه‌اش کند خواهد شد و به یکی از دو سرانجام اصلی منجر می‌شود.

سناریوی اول این است که انبساط جهان سرانجام آن‌قدر ضعیف می‌شود که دیگر نمی‌تواند بر نیروی گرانشی که می‌کوشد همه چیز را دوباره در هم فرو ببرد، غلبه کند. انبساط معکوس شده و کیهان شروع به فروپاشی می‌کند تا آنکه همه چیز دوباره در یک «رمبش بزرگ» (Big Crunch) به هم بپیوندد.

سناریوی دیگر این است که انبساط، جهان را آن‌قدر از هم دور کند که دیگر هرگز تحت تأثیر گرانش قرار نگیرد. ماده و انرژی به جدا شدن از هم ادامه می‌دهند تا زمانی که به طور یکنواخت در سراسر فضا پراکنده شوند و دیگر نتوانند برای تشکیل ستارگان یا کهکشان‌ها به هم بپیوندند و در نهایت، واقعیت ما در یک «انجماد بزرگ» (Big Freeze) ابدی به پایان می‌رسد.

سپس، در اواخر دههٔ ۹۰ میلادی، اخترشناسان کشف کردند که انبساط جهان ما نه تنها کند نمی‌شود، بلکه در حال شتاب گرفتن است. چیزی جهان را با سرعت بیشتری از هم دور می‌کرد. اخترشناسان که از ماهیت آن «چیز» نامطمئن بودند، مفهوم «انرژی تاریک» را مطرح کردند.

تای به بی‌بی‌سی ساینس فوکس گفت: «امروزه حدود ۷۰ درصد از محتوای جهان ما را انرژی تاریک تشکیل می‌دهد.»

کیهان‌شناسان دقیقاً نمی‌دانند انرژی تاریک چیست، اما نظریهٔ پیشرو این است که به نوعی ویژگی بنیادی فضای خالی مربوط می‌شود. آن‌ها انرژی تاریک را با استفاده از «ثابت کیهانی» در معادلات خود دربارهٔ جهان می‌گنجانند؛ مفهومی که به میزان انرژی موجود در فضا، حتی زمانی که کاملاً خالی به نظر می‌رسد، مرتبط است.

اما شواهد روزافزون نشان می‌دهد که شاید عامل دیگری نیز در کار باشد. همانطور که از نامش پیداست، اخترشناسان گمان می‌کردند که ثابت کیهانی، خب، ثابت است. اگر این‌طور باشد، تأثیرات انرژی تاریک باید در تمام طول تاریخ کیهانی یکسان باشد.

اما مشاهدات جدید نشان می‌دهد که در واقع چنین نیست. دو پروژه – «پیمایش انرژی تاریک» (DES) و «ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک» (DESI) – سال‌ها صرف اندازه‌گیری موقعیت میلیون‌ها کهکشان کرده‌اند تا نقشه‌های سه‌بعدی دقیقی از جهان تهیه کنند. اخترشناسان می‌توانند از این نقشه‌ها برای جستجوی نشانه‌های به جا مانده از انرژی تاریک در کیهان استفاده کنند.

به نظر می‌رسد هر دوی این پیمایش‌ها نشان می‌دهند که انرژی تاریک در طول زمان تکامل یافته و تغییر کرده است. این بدان معناست که یا ثابت کیهانی آن‌قدرها هم که فکر می‌کردیم ثابت نیست، یا عامل دیگری در کار است.

زیر و رو کردن کیهان‌شناسی

برای پی بردن به ماهیت انرژی تاریک، تای و همکارانش از نتایج DES و DESI استفاده کرده و نظریهٔ خود را ارائه داده‌اند: اینکه ذره‌ای به نام «اکسیون» نیز مسئول انبساط جهان است.

تای می‌گوید: «ساده‌ترین فرض این است که انرژی تاریک کاملاً از ثابت کیهانی ناشی می‌شود، اما به نظر می‌رسد واقعیت این‌گونه نیست.»

اکسیون‌ها هنوز در حد نظریه هستند، زیرا تنها از طریق گرانش با مادهٔ معمولی برهم‌کنش دارند و همین امر شناسایی آن‌ها را در آزمایشگاه بسیار دشوار می‌کند.

نظریهٔ آن‌ها می‌گوید که ثابت کیهانی واقعاً یک ثابت است، اما اکسیون‌ها نیز در حال فعالیت هستند و جهان را به سوی انبساط سوق می‌دهند.

در دوران اولیهٔ جهان، اکسیون‌ها عامل غالب بودند. اما با انبساط فضا، این اکسیون‌ها پراکنده شده و تأثیرشان کاهش یافته است و به همین دلیل به نظر می‌رسد که انرژی تاریک در طول زمان تکامل می‌یابد.

در همین حال، نقش ثابت کیهانی معکوس شده است. در بیشتر نظریه‌های کنونی، این ثابت مثبت است، یعنی جهان را از هم دور می‌کند. اما تیم تای معتقد است که این ثابت در واقع منفی است و تلاش می‌کند همه چیز را به سوی هم بکشاند. سرانجام، زمانی که اکسیون‌ها آن‌قدر پراکنده شوند که دیگر غالب نباشند، ثابت کیهانی کنترل را به دست می‌گیرد و شروع به کشیدن همه چیز به درون می‌کند.

دکتر هوانگ نهان از مرکز بین‌المللی فیزیک دونوستیا که او نیز در این مطالعه شرکت داشته است، می‌گوید: «در نظریهٔ ما، انبساط جهان هنوز هم در حال شتاب گرفتن است. انبساط جهان تنها زمانی کند می‌شود که به اصطلاح فاز “رمبش” آغاز شود، که طبق تخمینی تقریبی، ممکن است در ۱۱ میلیارد سال آینده رخ دهد و حدود هشت میلیارد سال پس از آن نیز یک رمبش بزرگ اتفاق بیفتد.»

«متأسفانه، مدل ما نمی‌تواند پیش‌بینی زیادی دربارهٔ وقایع پس از فروپاشی جهان ارائه دهد.»

مشکل اینجاست که با فشرده شدن دوبارهٔ همه چیز، دنیای شگفت‌انگیز مکانیک کوانتوم به اندازهٔ قوانین گرانش و نسبیت اهمیت پیدا می‌کند. کوانتوم می‌تواند آنچه را که در مقیاس‌های بسیار کوچک رخ می‌دهد به خوبی توضیح دهد، در حالی که گرانش به جهان در مقیاس بزرگ می‌پردازد. در بیشتر شرایط، این دو به ندرت با یکدیگر تداخل دارند.

مشکل آن موارد نادری است که قوانین گرانش و کوانتوم هر دو اعمال می‌شوند – فیزیکدانان هرگز نتوانسته‌اند راهی برای سازگار کردن این دو با یکدیگر بیابند. و بدون این درک، نمی‌توانند دقیقاً بفهمند که بعد از آن چه اتفاقی خواهد افتاد.

آنچه می‌دانیم این است که آخرین باری که همه چیز در یک نقطه جمع بود، مهبانگ رخ داد. برخی از کیهان‌شناسان این ایده را مطرح کرده‌اند که یک رمبش بزرگ می‌تواند به مهبانگ دومی منجر شود – یک «جهش بزرگ». جهانی چرخه‌ای که با یک انفجار آغاز می‌شود، منبسط و سپس منقبض می‌شود، تا بارها و بارها منفجر شود.

نظریهٔ جهش بزرگ وسوسه‌انگیز است، زیرا نه تنها چگونگی پایان جهان ما، بلکه چگونگی آغاز آن را نیز توضیح می‌دهد. اما حقیقت این است که ما احتمالاً هرگز به طور قطعی نخواهیم فهمید که سرنوشت جهانمان چه خواهد بود.

تای می‌گوید: «ما در اینجا پایان جهانمان را پیش‌بینی می‌کنیم، اما اینکه دقیقاً چگونه به پایان می‌رسد، یک پرسش باز باقی می‌ماند. درست مانند اینکه می‌توان امید به زندگی یک فرد را پیش‌بینی کرد، بدون آنکه بتوان شرایط مرگ او را پیش‌بینی نمود.»