بنظر می‌رسد که کیهان با سرعتی فزاینده ردّپای اولیه خود را از ازل پاک می‌کند. فضا خالی می‌شود برای اینکه سرعت گشودگی کیهان رو به افزایش می‌رود و در نتیجه منظومه شمسی ما که زمین در آن قرار دارد از همسایگان خود خالی خواهد شد.

نوشته زیر ترجمه بخشی از مقاله‌ مفصلی‌ست با همین نام در مجله Scientific American. بقیه مقاله را اگر عمری بود بعداً در فرصتی دیگر ترجمه خواهم کرد. نوشته ترجمه وفاداری به اصل مقاله است. توضیحات اندک خود را در پرانتز گذاشته‌ام. اگر عبارتی بنظرتان میرسد که درست ترجمه نکرده‌ام تذکر دهید؛ سپاسگزار خواهم شد.

مفاهیم کلیدی:

• یک دهه پیش ستاره‌شناسان کشف مهمی کردند دال بر افزایش سرعت گشودگی (انبساط) جهان هستی. آنها هنوز روی مسائلی که از این تئوری منتج می‌شوند، در حال تحقیق‌اند.

• افزایش سرعت انبساط کیهان در نهایت کهکشانها را با سرعتی بیشتر از سرعت نور از هم دور خواهد نمود؛ در نتیجه آنها از دایره دید بیرون خواهند رفت. این پروسه نقاط مرجع کیهانی برای اندازه‌گیری انبساط پاک خواهد کرد و در واقع اثر نتایج تئوری بیگ بنگ (big bang) را به هیچ نزدیک می‌کند. به عبارت دیگر افزایش سرعت انبساط همه نشانه‌های وجود بیگ بنگ را پاک می‌کند.

• برای نسلهای بسیار بعد از ما، کیهان مثل یک حوض کوچکی از ستاره‌ها دیده خواهد شد که در میان یک فضای خالی بی‌انتها و بی تغییر قرار گرفته باشد.

• همه اینها، آدمی را به فکر وا می‌دارد که پس چه دانش گذشته‌ای هم احتمالا وجود داشته که هم‌اکنون پاک شده است.

صد سال پیش از این مقاله‌ای راجع به تاریخچه کیهان و جهان هستی کاملا بنظر غلط می‌رسید. در سال 1908 دانشمندان فکر می‌کردند که کهکشان ما همه کیهان را در بر می‌گیرد. آنها کهکشان ما را یک جزیره هستی تلقی می‌کردند: یک مجموعه منزوی از ستارگان در میان فضای خالی‌ِ بی‌انتها. اکنون ما می دانیم که کهکشان ما فقط یکی از 400 بیلیون کهکشانهای قابل مشاهده کیهان است.

در سال 1908 تصور علمی بر این بود که کیهان استاتیک است و تغییر نمی‌کند. آغاز پیدایش کیهان در بیگ بنگ حتی قابل تصور هم نبود. ترکیب اجزاء در لحظات اولیه بیگ بنگ و احتمال انحناء آن حتی در رویای دانشمندان هم نبود. درک اینکه همه فضا پر از تشعشاتی قابل ثبت است می‌بایست که سالها منتظر می‌ماند تا تکنولژی مدرن بوجود بیاید نه برای کشف دنیای ابدیت بلکه برای اینکه به آدمها توانایی تلفن زدن به خانه را بدهد.

مشکل است که حیطه دیگری از دانش بشری را بتوان پیدا کرد که به اندازه کیهان شناسی در قرن گذشته تغییر کرده باشد. ولی آیا علم آینده همیشه باید چیز بیشتری از آنجه که در گذشته وجود داشته ارائه دهد؟ کشفیات یک دهه گذشته به این طرف پیشنهاد می‌کند که در سطح علوم کیهانی، پاسخ این سئوال منفی است. ما احتمالا در تنها برهه‌ای از زمان زندگی می‌کنیم که دانشمندان می‌توانند درک درست و دقیقی از حقیقت جهان هستی را عرضه کنند.

حدودأ 10 سال پیش دو گروه از ستاره شناسان مستقل از یکدیگر ردِّ انبساط کیهان را از آغاز هستی (5 بیلیون سال پیش) تا کنون پیدا کردند و کشف کردند که ظاهراً سرعت این انبساط رو به افزایش است. آنها علت این افزایش سرعت انبساط را، که در واقع ضد جاذبه است، مربوط به نوعی جدید از انرژی سیاه در ارتباط با فضای خالی می‌دانند. عده‌ای از تئوریسین‌ها مثل کراس (Krauss) این نتیجه را بر اساس اندازه‌گیرهای غیر مستقیم فیزیکی انتظار داشتند ولی در فیزیک مشاهده و اندازه‌گیری مستقیم است که اعتبار دارد.

یک تأویل از افزایش سرعت کیهان اینست که فضای خالی تقریبأ سه برابر همه کهکشانها، توده‌های و سوپر توده‌های کهکشانها انرژی دارد. جالب است که آلبرت انیشتین اولین کسی است که راجع به وجود انرژی سیاه صحبت کرده بود ولی در عین حال او استدلال کرده بود که همچه انرژی‌ای باعث ثابت ماندن کیهان می‌شود {که امروزه ثابت شده است درست نیست.}. انیشتین این انرژی سیاه را “ثابت کیهانی” نامیده است.

انرژی سیاه اثر بسیار قابل توجهی بر آینده جهان دارد. ستاره شناسانی مثل کراس و استارکمن از دانشگاه کیس وسترن اثرات وجود انرژی سیاه را بر آینده هستی در جهان کیهانی تحقیق کرده‌اند. نتایج چندان امیدوار کننده نیست. جهانی با انرژی سیاه در نهایت تبدیل به جهانی بسیار غیر قابل تحمل می‌شود. ثابت کیهانی افق ثابتی را برای کیهان ترسیم می‌کند؛ سطحی فرضی ورای هر انرژی و یا تشعشی که می‌تواند به ما برسد. جهان کیهانی تبدیل به یک سیاهچاله پشتِ رو می‌شود که ماده و انرژی در خارجِ آن محصور می‌گردند. این دریافت به این معنا است که پس جهان قابل مشاهده فقط مقدار محدودی از “اطلاعات” را در بر دارد. در نتیجه پردازش اطلاعات و یا بعبارتی دیگر “هستی” نمی‌تواند برای همیشه دوام داشته باشد.

خیلی پیشتر از آنکه این محدودیت اطلاعات مسئله‌ای اساسی شود، انبساط کیهان همه چیز را به بیرون از آن افق ثابت خواهد راند. کهکشان راه شیری و همسایگانش به یک توده واحد از ستارگان تبدیل خواهند شد و همه کهکشانهای دیگر در بیرون از آن افق ثابت ناپدید خواهند شد. همچه اتفاقی حدود 100 بیلیون سال دیگر خواهد افتاد ولی 100 بیلیون سال در مقایسه با زمان ابدیت، زمان بسیار کوتاهی است.

ارکان در شرف فروپاشی

ستاره شناسانی که در آن توده ستارگان در آینده 100 بیلیون سال از حالا زندگی خواهند کرد، راجع به گذشته جهان هستی چه خواهند دانست؟ برای فکر کردن به این سئوال باید پایه‌های دانش خود را از آنچه که درک ما از بیگ بنگ بر آن اساس است، بیاد بیاوریم.

اولین رکن، تئوری کلی نسبیت انیشتین است. نزدیک به 300 سال تئوری جاذبه نیوتن پایه اصلی همه تئوریهای ستاره شناسی بود. در حالیکه تئوری نیوتن همه مشاهدات و رفتارهای فیزیکی اجسام در حال حرکت را کاملا دقیق و درست توضیح می‌دهد، وقتی که اجرام بی‌نهایت بزرگ می‌شوند دیگر تئوری نیوتن کاربرد ندارد. تئوری کلی نسبیت انیشتین بر این مشکل تئوری نیوتن فائق می‌آید. در زمان کوتاهی پس از آنکه انیشتین تئوری نسبیت خود را در سال 1916 منتشر کرد، دانشمند دانمارکی ویلیام سیتر (William De Sitter) فرمولهای کلی نسبیت را برای ورژن ساده شده کیهان با در نظر گرفتن ثابت کیهانی حل کرد. معادلاتِ سیتر همان جهانی را که در آن زمان بنظر می‌آمد ترسیم نمود: جزیره‌ای کهکشانی در بطن فضایی خالی و ثابت.

کیهان شناسان بزودی دریافتند که ثابت بودن آن فضای خالی برداشت غلطی است. در واقع جهان ترسیم شده در معادلات سیتر بسمت خارج در حال انبساط است. دانشمند بلژیکی جرج لمیتر (Georges Lemaître) روشن کرد معادلات انیشتین که جهانی بی‌نهایت، یکنواخت و ثابت را پیش‌بینی می‌کنند در واقع غیر ممکن‌اند. جهان باید که یا منقبض و یا منبسط شود. در اثر این ادراک، تئوری بیگ بنگ متولد شد.

رکن دیگر در سال 1920 بوجود آمد وقتی که ستاره‌ شناسان شواهدی مبنی بر انبساط جهان کشف کردند. اولین کسی که مشاهداتی در اثبات انبساط کیهان را به ثبت رساند، ستاره شناس امریکایی، وستو اسلیفر (Vesto Slipher)، بود که از اسپکترم ستارگان استفاده کرد برای اندازه گیری سرعت کهکشانهای مجاور. امواج ستاره‌ای که به سمت زمین در حرکت است فشرده می‌شود و در نتیجه طول موج کوتاه‌تر می‌شود و رنگ نور آبی‌تر می‌شود. امواج ستاره‌ای که از زمین در حال دور شدن است، بعکس کشیده می‌شود، طول موج درازتر و رنگ نور قرمزتر می‌شود.با اندازه‌گیری کشیده شدن و یا فشرده شدن امواج ستارگان از کهکشانهای دور، اسلیفر نشان داد که آیا آن ستارگان در حال دور شدن از زمین‌اند و یا نزدیک شدن و در ضمن با چه سرعتی. اسلیفر نشان داد که تقریبأ همه کهکشانها در حال دور شدن از زمین هستند. گویی که ما در مرکز یک انبساط دورشونده قرار داریم.

و اما کسی که عمومأ از او به عنوان کاشف انبساط جهان نام برده می‌شود، اسلیفر نیست، بلکه ادوین هابل (Edwin Hubble) ستاره شناس معروف امریکایی است. هابل نه تنها سرعت بلکه فاصله کهکشانها را هم اندازه گرفت. اندازه گیریها و مشاهدات او دو دست آورد مهم داشت که شهرتش را توجیه می‌کند. اول آنکه هابل نشان داد که کهکشانها آنقدر دور هستند که در واقع می‌توان گفت که آنها توده‌های مستقل ستارگانند، مثل کهکشان خودمان. دوم آنکه هابل رابطه ساده‌ای بین فاصله کهکشانها و سرعت آنها کشف کرد. سرعت مستقیماً متناسب بود با فاصله کهکشان با ما: یک کهکشان دو برابر دورتر از ما نسبت به یک کهکشانِ دیگر با سرعتی دو برابر آن دیگری در حال حرکت بود. این رابطه دقیقاً آن چیزی است که وقتی کیهان در حال انبساط است، اتفاق می‌افتد. اندازه‌گیری‌های هابل از آنزمان تا کنون تجدید نظر و تایید شده‌اند خصوصاً اخیرا با مشاهدات سوپرناواهای دوردست که آن به نوبه خود ما را به تئوری انرژی سیاه رهنمون شده است.

رکن سوم درخشش ضغیف مایکرویو پس زمینه کیهانی است که توسط دانشمندان موسسه بِل-لَب در سال 1965 کشف شد. این تشعشع بزودی به عنوان اثری باقی مانده از مراحل اولیه انبساط کیهانی در گذشته‌ای دور، شناخته شد و نشانگر اینست که جهان آغازی داغ و متراکم داشته و از آنزمان تا کنون سرد شده و در حال انبساط است.

آخرین رکن مشاهده شده برای تئوری بیگ بنگ اینست که جهان داغ و متراکم اولیه محل ایده‌آلی برای انفجار هسته‌ای بوده است. وقتی که درجه حرارت جهان در حدود 1 تا 10 بیلیون کلوین بوده است، هسته‌های سبک‌تر به هسته‌های سنگین‌تر نفوذ کرده‌اند؛ پروسه‌ای که به نام سنتز هسته‌ای بیگ بنگ شناخته شده است. این پروسه فقط برای چند دقیقه می‌تواند اتفاق بیفتد که جهان در حال انبساط و سرد شدن است؛ پس فیوژن در واقع به سبکترین مواد محدود بوده است. بیشتر هلیم جهان در آن موقع باید بوجود آمده باشد و همینطور دئتریوم و یا هیدروژن سنگین. اندازه‌گیری هلیم رها شده و دئتریوم با پیش‌بینی‌های تئوری سنتز هسته‌ای بیگ بنگ مطابقت دارد و دلیل دیگری برای تئوری بیگ بنگ به حساب می‌آیند بعلاوه اینکه تخمین درستی از رهاشدن پروتون و نئوترون در جهان می‌دهند.

بقیه مقاله را بزبان انگلیسی در اینجا بخوانید.