جهان چه‌گونه آغاز شد؟
استفان مِیِر/ ترجمه: مریم درودیان

۲۰ دسامبر ۲۰۲۱

آیا جهان همواره وجود داشته است یا نقطه‌ی شروعی دارد؟ اگر پاسخ مثبت است، جهان چه‌گونه آغاز شده است؟ از دوران باستان، فیلسوفان و الهی‌دانان درباره‌ی این پرسش‌ها بحث‌های زیادی کرده‌اند اما سرانجام در قرن بیستم بود که مجموعه‌ای از اکتشافات علمی خیره‌کننده ما را قادر ساخت تا به بخشی از پاسخ‌ها دست یابیم.

ماجرا از سال ۱۹۱۲ آغاز می‌شود، زمانی که اخترشناسی آمریکایی به نام وستو اسلیفر[۱] مشاهده کرد نوری که از «سحابی‌های» دور (ابرهای غبار و گاز در فضای دوردست) می‌آید، قرمزتر از حد انتظار به نظر می‌رسد. چرا این موضوع حایز اهمیت بود؟        

این‌جا جایی است که علوم دور‌ی دبیرستان شما به کارتان می‌آید. یادتان هست که اثر داپلر[۲] چه بود؟ فرکانس صدا، نور یا امواج دیگر با حرکت منبع و ناظر به سمت یک‌دیگر (یا دور شدن از هم)  تغییر می‌کرد. برای نشان دادن این موضوع، معلم علوم شما احتمالا صدای سوت قطار را مثال ‌زده است: همچنان که قطار به فواصل دورتر می‌رود گام صوتی سوت پایین می‌آید؛ یعنی موج صوتی کشیده می‌شود. همین اتفاق در مورد نور نیز می‌افتد.

اگر یک ستاره یا کهکشان دوردست از ما دور شود، نوری که از آن می‌آید نیز کشیده می‌شود. از آن‌جا که در طیف نور مریی، نور قرمز طولانی‌ترین طول موج‌ را دارد، فیزیک‌دانان می‌گویند نوری که کشیده شده است دارای «انتقال‌به‌سرخ»[۳] است. شواهد انتقال‌به‌سرخ نشان می‌دهد که سحابی‌ها از ما دور می‌شوند.

در سال ۱۹۲۴، اختر‌شناس مشهور، ادوین هابل[۴]، هنگام کار با تلسکوپ صد اینچی جدید مونت‌ویلسون کالیفرنیا، نشان داد که «سحابی‌های» اسلیفر فقط ابرهای گازی در اطراف ستارگان دور نیستند، بلکه در واقع کهکشان‌های دوردست فراتر از کهکشان راه شیری ما هستند.

اندکی پس از این کشف، فیزیک‌دانی بلژیکی به نام ژرژ لومتر[۵]، داده‌های انتقال به سرخ اسلیفر را با اندازه‌گیری فاصله تا کهکشان‌های دیگر که هابل انجام داده بود، مرتبط کرد. لومتر نشان داد کهکشان‌هایی که دورتر بودند، نسبت به کهکشان‌های نزدیک با سرعت بیش‌تری از ما دور می‌شوند. این امر حاکی از انبساط کروی جهان در تمام جهات فضا بود، گویی جهان مانند بادکنک از یک آغاز انفجاری تکینگی، یا همان «مه‌بانگ» منبسط می‌شود.

آلبرت اینشتین به طرز عجیبی ابتدا این ایده را پذیرفت اما سپس آن را رد کرد. نظریه‌ی جدید گرانش اینشتین که با عنوان نسبیت‌عام شناخته می‌شود، تصور می‌کرد که اجرام بزرگ انحنای فضا را مانند توپ بولینگ که روی ترامپولین فرورفتگی ایجاد می‌کنند، تغییر می‌دهند.

مفهوم گرانش اینشتین حاکی از آن بود که فضا به خودیِ خود منقبض می‌شود مگر این که گرانش به طور مداوم از طریق انبساط فضا خنثی شود. به همین دلیل، اینشتین نیروی دافعه‌ی همواره فعالی -مشهور به ثابت کیهانی[۶]– را برای مقابله با جاذبه‌ی گرانشی در نظر گرفت. اما این موضوع حاکی از وجود یک عالم پویا و در حال انبساط است . . . که نقطه‌ی آغازی دارد.

اینشتین برای اجتناب از این نتیجه‌گیری، معادلات خود را با تخصیص خودسرانه‌ی مقدار دقیقی به نیروی انبساط تغییر داد تا مطمئن شود که قدرت گرانش و نیروی دافعه به‌طور دقیق با یک‌دیگر در تعادل هستند. بنابراین، او عالم را در یک حالت کاملا ثابت و ایستا به تصویر کشید که نه از ابتدا منبسط می‌شود و نه به سمت یک رُمبش انقباضی می‌رود.

اما با اکتشافات اسلیفر و هابل، آسمان‌ها دوباره به سخن آمدند. در سال ۱۹۲۷، لومتر به اینشتین (آن هم در تاکسی!) در مورد شواهد انتقال به سرخ برای عالم در حال انبساط اطلاعاتی ارایه داد. در سال ۱۹۳۱، اینشتین با هابل در رصدخانه‌ی مونت‌ویلسون دیدار کرد و با چشمان خودش شواهد را مشاهده کرد. او بعدها در اقدامی درخور ستایش، اعلام کرد که انکار شواهد مبنی بر آغاز داشتن جهان هستی «بزرگترین اشتباه در کارهای علمی من بوده است».

در طول قرن بیستم، فیزیک‌دانان نظریه‌های دیگری ارایه کردند که وجود شروعی برای جهان را رد می‌کردند. شواهد جدید یکی‌یکی نشان داد که همه‌ی آن‌ها ناکامل هستند. در دهه‌ی ۱۹۹۰، نظریه‌ی مه‌بانگ به عنوان بهترین توضیح برای یافته‌های نجومی جدید بر سایر نظریه‌ها غالب شد.

پس چرا چنین شواهدی برای اینشتین و بسیاری از دانشمندان دیگر آزرده‌کننده بود؟ رابرت دیک[۷]، فیزیک‌دان دانشگاه پرینستون، دراین‌باره توضیح داده است: «[یک جهان ازلی] ما را از ضرورت [توضیح] منشأ ماده در هر زمان متناهی از گذشته رهایی می‌بخشد.»

اما اگر عالم فیزیکی ماده، انرژی، فضا و زمان آغازی داشته باشد، تصور یک علت فیزیکی یا مادی برای منشأ جهان بسیار دشوار خواهد بود؛ چون این ماده و انرژی برای نخستین بار در مه‌بانگ به وجود آمده بود و پیش از آن هیچ ماده یا انرژی متقدمی وجود نداشت که باعث ایجاد آن شود. در نتیجه، هر چیزی که باعث به وجود آمدن عالم شده باشد، باید غیرمادی بوده و وجودش فراتر از مکان و زمان باشد.

برای بسیاری از دانشمندان و فیلسوفان، تمام‌ این گمانه‎‌زنی‌ها یادآور اولین کلمات کتاب مقدس است: «در آغاز، خدا آسمان‌ها و زمین را آفرید.»

منبع:

How Did the Universe Begin?

[۱] Vesto Slipher

[۲] Doppler effect

[۳] red shift

[۴] Edwin Hubble

[۵] George Lemaître

[۶] cosmological constant

[۷] Robert Dicke