در شماره ویژه دانش آدینه برای تعطیلات نوروزی سروش زمانی مقدم به سراغ برخی از رازهای کیهان رفته است.
دیدارنیوز ـ سروش زمانی مقدم: نظر به برخی از مهمترین دلایل فیزیکی، منجمله مشاهده حرکت دور شونده اجزای امروزین عالم، بر این باوریم که در زمانی بسیار دور، جهان از یک نقطه متمرکز و با انفجار بسیار بزرگی، محتوای خود را به بیرون پرتاب کرده است.
همچنین می‌توان با مشاهده سرعت جدایی حرکت دورشونده خوشه‌های کهکشانی و تعیین زمان رسیدن آنها به مکان حال حاضرشان، زمان رخداد این رویداد آغازین عالم را، که آن را "مهبانگ" نیز می‌نامیم، در حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش تخمین زد.
در این بین اما، علیرغم دانستن چگونگی شروع عالم، تعیین چگونگی اتمام این سناریوی کیهانی، بسیار سخت و تابع دانستن عوامل بسیار گوناگونی است.
عمدتا تا پیش از این تصور می‌شد که به خاطر نیروی گرانش میان اجرام کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی، سرعت دور شدن آنها از هم کاهش پیدا کرده و در مجموع با توقف این انبساط و حرکت اجرام بسوی یکدیگر، در پدیده‌ای با نام "مهدانگ" یا "بیگ کرانچ" به هم می‌پیوندند.
اما با کشف پدیده‌های جدید در کیهانشناسی مدرن، این سرنوشت، تنها به عنوان یکی از راه‌های کمتر محتمل پایان جهان شناخته شد.
در واقع بخش جالب این ماجرا برای فهم امکان‌های مختلف این رخداد آنجاست که تعیین چگونگی این پایان، ارتباط زیادی به کشف "هندسه عالم" و چگونگی توزیع اجرام در آن و همچنین "انحنای فضا-زمان" دارد.
طبق فرضی موسوم به "اصل کیهانشناختی"، عالم به اصطلاح "همگن" و "همسانگرد" در نظر گرفته می‌شود، به این مفهوم که توزیع ماده در کیهان در همه جهات یکسان و دارای چگالی برابر در همه مکان‌ها می‌باشد.
اما این فرض لااقل در نگاه به منظومه شمسی و کهکشان راه شیری و حتی خوشه محلی کهکشانی ما بالغ بر ۳۰ کهکشان، صادق نیست.
شاید قابل باور نباشد که فرض همگنی عالم در بزرگترین مقیاس، حتی در مورد ابرخوشه‌های کهکشانی متشکل از چند هزار کهکشان نیز صادق نمی‌باشد.
اما حتی ساختار‌هایی با چنین وسعت، هنوز بخش بسیار کوچکی از چشم انداز مرئی کلی جهان ما را تشکیل می‌دهند؛ بنابراین با توجه به چنین وسعتی تعیین هندسه عالم در این مقیاس کلان، فرآیند بسیار پیچیده‌ای است.
اولین احتمال آنست که هندسه عالم به اصطلاح مسطح یا اقلیدوسی باشد، اما جایگزین‌های دیگر برای هویت هندسه عالم آنست که جهان به اصطلاح دارای هندسه‌ای غیر مسطح و لذا دارای "انحنای مثبت یا منفی" باشد و این کاملا به تشخیص ما از میزان ماده تشکیل دهنده عالم و چگونگی توزیع آن دارد.
این موضوع همانطور که ذکر شد در گرو شناخت کلان مقیاس ما از کیهانیست که طبق یافته‌های پیشین می‌دانیم در حال انبساط است. انبساطی که باعث می‌شود که علیرغم فرضمان مبنی بر یکسان بودن چگالی ماده در کل عالم، این چگالی در طول زمان ثابت نماند.
در واقع امروزه با استفاده از "قانون هابل" سرعت دور شدن خوشه‌های کهکشانی از ما، که متناسب با فاصله شان از ما می‌باشد را اندازه می‌گیریم.
هرچند که امروزه می‌دانیم که تفسیر صحیح این دور شدن اجرام از یکدیگر، نه به معنای دور شدن کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی از ما، بلکه در حقیقت به معنای انبساط خود فضا-زمان و به اصطلاح "کش آمدن" عالم و یا به بیان دیگر افزایش فاصله بین ما و کهکشان‌های دیگر است؛ بنابراین تغییر طول موج نور رسیده از سایر اجرام به ما و به اصطلاح جابه جایی طیف نور و "انتقال به سرخ" نور آنها، به دلیل گسترش خود فضا و کش آمدن مسیری است که برای رسیدن به ما طی می‌کنند.
در این میان ذکر این نکته بسیار اهمیت دارد که همه مسافت‌ها و فواصل کیهانی، با نرخ یکسانی در حال انبساط نیستند!
جدا از دلیل فنی این مساله که خود از موضوعی پراهمیت و لازم به ذکر دیگری حکایت دارد، اگر نرخ این انبساط برای تمام فواصل یکسان بود، هیچ راهی برای کشف این انبساط وجود نمی‌داشت.
در واقع قبل از آنکه بدانیم که علت وجودی این انبساط کیهانی چیست، باید بدانیم که نیرو‌هایی که اجرامی از اتم‌ها گرفته تا خوشه‌های کهکشانی را کنار هم قرار می‌دهند، آن قدر بزرگ هستند که بتوانند در مقابل نیرو مرموزی که فضا به آنها وارد می‌کند و وادار به گسستن شان می‌کند، مقابله کرده و مانع از تغییر ساختار و برهم زدن فاصله شان شود.
اما وضعیت در مقیاس‌های "ابرخوشه‌های کهکشانی" و فراتر از آن متفاوت است. ضعف نیروی بین آنها در این فواصل، باعث غلبه نیرویی است که فضا را گسترش داده و فاصله بین آنها را دستخوش انبساط می‌کند.
نتیجه منطقی این ماجرا آن است که نه تنها نرخ سرعت انبساط عالم منطبق با قانون هابل در مقیاس‌های بزرگتر متفاوت است، بلکه محتمل است که این نرخ، در طول زمان نیز متفاوت باشد!
اما سوال منطقی آنست که نتیجه نهایی این انبساط چیست؟ و آیا اجرام کیهانی تا ابد محکوم به گسیختن از یکدیگرند یا خیر؟
اولین پاسخ محتمل به این سوال همان تصوریست که به عنوان اولین احتمال ممکن، پیشتر ذکر شد.
در واقع فرض بر آن بود که با وجود چگالی متوسط به اندازه کافی بزرگ، مجموع نیروی گرانشی موجود در عالم، انبساط را متوقف خواهد کرد و لذا مجددا اجزای عالم با نزدیک شدن به هم، "مهدانگ" را رقم می‌زنند.
اما با فرض آن که چگالی مواد موجود در عالم پایین باشد، با انبساط عالم و افزایش فاصله بین خوشه‌های کهکشانی، نیروی گرانشی بین اجرام کیهانی کاهش یافته و در نهایت به سمت صفر میل می‌کند. در این حالت انبساط عالم بصورت دائمی ادامه می‌یابد و اصطلاحا جهان دارای انحنایی منفی خواهد بود.
جالبترین حالت ممکن در این بین، وضعیتی می‌باشد که به "شرایط چگالی بحرانی" معروف است.
در صورتی که نیروی زیر پوستی انبساط عالم در حال کاهش باشد، می‌توان نشان داد که اگر میزان متوسط ماده در عالم، معادل وجود تنها ۱۰ اتم هیدروژن در هر متر مکعب باشد، آنگاه نیروی گرانش بین خوشه ها، دقیقا همزمان با نیروی انبساط عالم به صفر می‌رسد.
اما طبیعت همواره آماده شگفت زده کردن ماست!
در کمال ناباوری در سال ۱۹۹۸ میلادی، نتایج اندازه گیری نرخ انبساط کیهان نشان داد که نه تنها این انبساط رو به کاهش نیست، بلکه سرعت دور شدن خوشه‌های کهکشانی با وجود نیرویی که بر خلاف گرانش بین آنها عمل می‌کند، رو به ازدیاد بوده و این انبساط شتابدار نیز می‌باشد!
در واقع گویی چگالی انرژی پنهان شده‌ای در خلاء موجود است که به واسطه هویت مبهمش، به عنوان اولین راز تاریک مهم کیهان، آن را "انرژی تاریک" می‌نامیم که باید سهم آن را نیز در مقدار کل چگالی انرژی عالم برای محاسبه دقیق انحنای آن به حساب آورد.
سخن به گزافه نگفته ایم اگر بگوییم که سرنوشت نهایی عالم در دست همین انرژی تاریک است، چرا که برخلاف سایر صورت‌های چگالی انرژی در کیهان که با انبساط عالم کاهش می‌یابند، از آنجایی که چگالی انرژی تاریک، از ویژگی‌های خلاء به شمار می‌رود، احتمالا در طول فرآیند انبساط کیهان ثابت باقی می‌ماند و لذا تصور کاهش سرعت انبساطی که در ابتدا مدنظر بود، جایگاه خود را از دست داده و نتایج حاصل نشان می‌دهند که میزان آن نه تنها شتابدار، بلکه گویا در حال افزایش است!
در این میان وقت آن فرا رسیده است که از دومین راز مهم تاریک دیگر کیهان پرده برداریم که در کنار انرژی تاریک، نقش تعیین کننده دیگری در بحث انحنا و سرنوشت عالم دارد!
اگر تمامی ستاره‌های کهکشان‌های قابل رویت را در نظر بگیریم، تنها %۴ مقدار جرم بحرانی ذکر شده را بدست می‌آوریم.
از طرفی وقتی مجموع جرم کلیه اجرام ستاره‌ای را جمع می‌زنیم، نیروی گرانشی حاصل برای نگهداشتن چرخش ما به دور مرکز کهکشان کفایت نمی‌کند و اگر ما همچنان بدون مشکل بر گرد سیاهچاله مرکزی راه شیری در گردش هستیم، تنها این معنی را دارد که به نظر ماده بسیار بیشتری از آنچه که در ستاره‌ها می‌بینیم، در کیهان پنهان شده است که، چون برایمان قابل رویت نبوده و بنابراین هویت آن برایمان نامشخص است، "ماده تاریک" نامیده می‌شود!
در نهایت سهم مجموع ماده مرئی معمولی و ماده تاریک در تامین مقدار بحرانی مورد نظر، کمتر از %۳۰ می‌باشد که تنها با احتساب میزان انرژی تاریک می‌توان دید که مجموع چگالی جرم-انرژی حاصل، بسیار به چگالی بحرانی نزدیک است و لذا گویا انحنای عالم تخت است!
سرعت متغیر نور؛ خیال یا واقعیت
برای کامل شدن بحثمان، اشاره به "نظریه تورمی کیهان" از "آلن گوت" لازم می‌نماید که بر مبنای آن می‌توان توضیحی برای این "تختی عالم" در نظر گرفت.
بر طبق این نظریه، بلافاصله پس از مهبانگ، دوران بسیار سریعی از انبساط وجود داشته است بصورتی که تنها در فاصله زمانی "ده به توان منفی سی و دو ثانیه" پس از انفجار بزرگ، جهان با پارامتری از مرتبه "ده به توان مثبت سی" گسترش پیدا کرده است و در بیانی محتاطانه می‌توان در نظر گرفت که انحنای پوسته عالم، پیش از زمان تورم هرگونه که بوده باشد، در دوران پس از آن، به تشابه با بالنی که باد می‌شود، باد شده و لذا برآمدگی‌ها و چروک‌های آن در اثر آن انبساط شدید، صاف و مسطح شده است و بنابراین حداقل جهان مشاهده پذیر فعلی ما، تخت به حساب آمده و هندسه اقلیدسی برای توصیف بزرگ مقیاس آن سازگار و کارآمد است.
و، اما نکته حائز اهمیت نهایی آنست که با این حساب، آیا نسبیت خاص برای توصیف کیهان کفایت می‌کند؟
برای پرسش به این سوال باید در نظر گرفت که تخت بودن فضا، متفاوت با تخت و مسطح بودن فضا-زمان است!
علیرغم تخت بودن فضا، با گسترش فضا، زمان دچار انحنا می‌شود و لذا فضا_زمان مسطح نیست!
در نتیجه برخلاف شرایط مذکور در نسبیت خاص که در آن فضا-زمان را تخت در نظر می‌گیریم، شرایط کیهان، نسبیت عامی می‌باشد و بنابراین نسبیت عام اینشتین برای درک کلیت یکپارچه ساختار بزرگ مقیاس کیهان، ضروری است.
