دانش آدینه ۱۵: نسبیت عام، پیوند فیزیک و کیهانشناسی

دیدارنیوز _ سروش زمانی مقدم: بیش از صدسال قبل، در چنین روز‌هایی اینشتین نظریه نسبیت عام خود را به جامعه فیزیک ارائه کرد. نظریه‌ای که تا به امروز با سربلند بیرون آمدن از برخی از حساسترین آزمایش‌های تجربی، و تایید شدن بخشی از پیشگویی‌هایی غیر قابل باورش، نقش بسزایی را در پیشبرد دانسته‌های انسان از جهان پیرامونش داشته است. نسبیت عام به بهترین ابزار قابل استفاده انسان خردمند برای شناخت کیهان تبدیل شد و از بعد از آن بود که کیهانشناسان و فیزیکدانان، برای بررسی و کاوش ناشناخته‌های کیهان دور یک میز نشستند. جالب آنست که خدمات فیزیک و کیهانشناسی به یکدیگر دوجانبه بوده است و هرچقدر که فیزیک با ابزار نسبیت خاص و عام خود انسان را برای بررسی پدیده‌های کیهان، تجهیز کرده است، متقابلا کیهانشناسی نیز نقش بسزایی را در پیوند دادن حوزه‌های مختلف فیزیک به یکدیگر ایفا کرده است، بطوری که این شاخه از علم مدتهاست که فیزیکدانان با گرایش‌های مختلف را همزمان به چالش میکشد و البته در کنار این اتحاد زیبا، دستاورد‌های جالب توجه دیگری نیز برایمان به ارمغان آمده است. با این مقدمه و به همین مناسبت، به بررسی مساله مهم مقایسه طول عمر کیهان و وسعت آن می‌پردازیم که در نگاه اول برای برخی، بصورت یک تناقض به نظر می‌آید حال آنکه در نگاه متخصصان، جلوه زیبایی از سازگاری مشاهده و نظریه است. امروزه به مدد مشاهدات غیر مستقیم منطبق با پیش بینی‌های نظری، عموم متخصصان در وقوع انفجار بزرگ و در نتیجه آن انبساط و افزایش مداوم حجم جهان، اتفاق نظر دارند. در بهترین تخمین امروزی، عمر کیهان از شروع انفجار بزرگ در حدود سیزده و هشت دهم میلیارد سال تخمین زده می‌شود، هرچند که برخی از جدیدترین نظریات، عمر کیهان را کمی کمتر از این نیز تخمین می‌زنند. بیگ بنگ یا همان انفجار بزرگ در این میان، همانند یک عامل همزمان انفجار و در عین حال سازنده فضا-زمان در کیهان عمل کرده است و بنابراین معنای آن تا حدود زیادی از معنای آنچه که در مورد یک انفجار معمولی میدانیم، متفاوت است چرا که در انفجار‌های معمولی، عامل انفجار، تخریب کننده جسم است، حال آن که بیگ بنگ در عین حال زایش دهنده فضا-زمان و کیهان است و بدینسان فاصله اجرام کیهانی مدام بیشتر و بیشتر شده است. اما این افزایش فاصله در بردارنده نکته بسیار مهمی است که عموما یا از آن غفلت شده و یا بد فهمیده می‌شود به طوری که در نگاه اول، در هنگام مقایسه عمر کیهان و وسعت آن، گویا به تناقض بزرگی برمی‌خوریم. مشکل آنجاست که، چون بر طبق نظریه نسبیت، سرعت نور حد بالای انتقال اطلاعات و ارسال سیگنال در طبیعت است، قطر کیهان امروزی، از بعد از انفجار بزرگ تا به امروز، باید همان سیزده و هشت دهم میلیارد سال نوری یا کمتر می‌بود. طبق آخرین اطلاعات، جهان ما در حدود بیست و پنج میلیارد گروه کهکشانی و سی هزار میلیارد، میلیارد یا همان سی میلیارد تریلیون ستاره است و اگر قرار بود که چنین حجم از ماده که فعلا می‌شناسیم، تنها در قطری برابر با سیزده و هشت دهم میلیارد سال نوری تجمع یابد، تراکم و فشردگی بیش از حد و فاصله بسیار کم ستارگان و کهکشان‌ها قطعا مانع از تشکیل حیات می‌شد. اما خوشبختانه این چنین نیست و قطر امروزین جهان بالغ بر نود و سه میلیارد سال نوری تخمین زده می‌شود که البته همچنان هم بدلیل انبساط شتابدار کیهان، این قطر با شتاب فزاینده‌ای رو به فزونی است. در اینجاست که در ظاهر امر این تناقض رخ می‌نماید که چگونه سرعت انبساط جهان، بیش از سرعت نور بوده است؟!

قبل از پاسخ به این پرسش، ابتدا بهترست برای داشتن یک برآورد عددی از این انبساط، کمی با زبان اعداد و ارقام صحبت کنیم. بافت فضا-زمان را همانند یک لاستیک در نظر بگیرید که پیوسته در حال کشیده شدن باشد. اگر برفرض عنوان شود که این لاستیک با سرعت پنج سانتی متر بر ثانیه بر اینچ در حال کش آمدن است، این سخن بدین معنیست که در هر ثانیه، پنج سانتی متر به هر اینچ از طول لاستیک افزوده میشود. با محاسبات فعلی، سرعت شناخته شده امروزین انبساط کیهان، چیزی در حدود هفتاد و دو کیلومتر بر ثانیه بر "مگاپارسک" است. واحد کیلومتر بر ثانیه بر مگا پارسک، واحد سنجش سرعت انبساط کیهان است؛ بنابراین این بدان معنی است که به هر مگاپارسک از طول جهان، در هر ثانیه، چیزی در حدود هفتاد و دو کیلومتر افزوده می‌شود. منطقیست که در ابعاد بزرگ مقیاس کیهانی، برای سنجش فواصل طولی، از ابعاد بزرگتر از متر و کیلومتر استفاده شود. در واقع مگاپارسک واحد طول است و هر مگاپارسک چیزی در حدود سه و بیست و شش صدم میلیون سال نوریست و این یعنی مسافتی که نور با سرعت سیصدهزار کیلومتر بر ثانیه، در مدت سه و بیست و شش صدم میلیون سال میپیماید.