بیگ بنگ: هزاران سال است که فیلسوفان ماهیت “هیچ” را به مباحثه گذاشت‌اند، اما دیدگاه علم امروزی در این مورد چیست؟ «مارتین ریس»، اخترشناس سلطنتی بریتانیا و پروفسور بازنشسته کیهانشناسی و اخترفیزیک دانشگاه کمبریج، در مصاحبه‌ای توضیح میدهد که منظور فیزیکدانها از “هیچ”، فضای خالی یا خلاء است.
به گزارش بیگ بنگ، ممکن است رک و پوست کنده به نظر بیاید اما آزمایش‌ها نشان میدهند فضای خالی، واقعا خالی نیست. انرژی مرموزی در این فضا پنهان شده که میتواند سرنوشت جهان را به ما بگوید. پرسش و پاسخ‌های این مصاحبه را در ادامه می توانید بخوانید:
-آیا واقعا فضای خالی به معنای هیچ است؟
+به نظر می آید فضای خالی برای ما، هیچ باشد. مثلا آب ممکن است برای ماهی هیج به نظر آید. تمام چیزهایی که در دریا هستند را حذف کنیم آب باقی می ماند. از این رو حدس زده می شود فضای خالی بسیار پیچیده باشد. ما میدانیم کیهان بسیار خالی است. چگالی متوسط فضا تقریبا یک اتم در هر ده متر مربع است که بسیار نادرتر از بیشترین میزان خلاء بدست آمده در آزمایشگاه‌های زمین است. اما حتی اگر تمام مواد موجود را حذف کنید، فضا قابلیت ارتجاعی دارد (طبق آخرین کشف‌ها) که به موج‌های گرانشی (موج‌های خود فضا) اجازۀ تکثیر و انتشار می دهد. علاوه بر آن، ما متوجه شدیم که نوعی انرژی عجیب در فضای خالی وجود دارد.
-ما اولین‌بار با شکل‌گیری مکانیک کوانتومی در قرن ۲۰ در مورد انرژی خلاء اطلاعاتی بدست آوردیم. طبق این اطلاعات، فضای خالی از میدان انرژی پس زمینه‌ای دارای نوسان تشکیل شده است و باعث به وجود آمدن موج‌ها و ذرات مجازی می شود که همواره در حال به وجود آمدن و از بین رفتن هستند. حتی اینها میتوانند نیروی کوچکی را ایجاد کنند. اما نظرتان در مورد فضای خالی در مقیاس بزرگتر چیست؟
+اِعمال نیرو در مقیاس بزرگ توسط فضای خالی، ۲۰ سال پیش کشف شد. اخترشناسان متوجه شدند سرعت ِ انبساط کیهانی رو به افزایش است. این موضوع غافلگیرکننده‌ای بود. بیش از نیم قرن بود که ما متوجه انبساط شده بودیم اما همه بر این باور بودند که به دلیل گرانش اعمال شده توسط کهکشانها بر یکدیگر، سرعت آن رو به کاهش است. آنجا ما با این موضوع غافلگیر شدیم که این کاهش سرعت مغلوب چیزی شده است که انبساط را رو به جلو می‌راند. همانطور که قبلا هم بوده است، انرژی پنهانی در فضای خالی وجود دارد که نوعی دافعه را در خود دارد و در مقیاس بزرگ بر گرانش غلبه می کند. این پدیده (با نام انرژی تاریک) جالب‌ترین مدرک این موضوع است که فضای خالی عاری از ویژگی و ارتباط نیست و سرنوشت پایانی کیهان را مشخص می کند.
-اما آیا محدودیتی وجود دارد که ما از آن اطلاع داشته باشیم؟ در مقیاسی تریلیون تریلیون برابر کوچکتر از اتم، نوسان کوانتومی در فضا-زمان می تواند نه تنها به ذرات مجازی بلکه به سیاهچاله‌های مجازی موجودیت ببخشد. این بازه را ما نمیتوانیم مورد بررسی قرار دهیم و باید نظریه‌های گرانش و مکانیک کوانتوم را ادغام کنیم تا بدانیم بصورت نظری چه اتفاقی در حال افتادن است. همه از سختی این کار مطلع‌اند.
+چندین نظریه با هدف درک این موضوع وجود دارند که معروفترین آنها نظریه ریسمان است؛ اما هیچکدام از این نظریه‌ها هنوز با دنیای واقعی روبرو نشده‌اند بنابراین هنوز آنها فرضیات آزمایش نشده هستند. اما من فکر می کنم تقریبا همه قبول دارند که فضا در مقیاس‌های بسیار کوچک، دارای ساختاری پیچیده است که در این مقیاس‌ها، تاثیرات گرانشی و کوانتوم با یکدیگر روبرو می شوند.
ما میدانیم جهان ما سه بعد دارد. شما میتوانید به چپ و راست، جلو و عقب و بالا و پایین بروید. زمان بعد چهارم است. اما حدسیات قوی وجود دارد که اگر شما یک نقطه از فضا را بزرگ کنید تا آن مقیاس بسیار کوچک را بررسی کنید، اریگامی ناقصی را در پنج بعد جدید خواهید یافت که ما قادر به دیدن آن نیستیم. مثل این است که از فاصلهای دور به یک لولۀ پلاستیکی نگاه کرده و آن را یک خط می بینید. اما وقتی از نزدیک به آن نگاه می کنید، متوجه می شوید که این جسم یک بعد نبوده و در واقع سه بُعدی است. نظریه ریسمان و نظریه‌های مشابه دیگر مفاهیم ریاضیاتی پیچیده‌ای دارند. اما این همان نظریه مورد نیاز ما است تا عمیق‌ترین و نزدیکترین سطوح ممکن به هیچ را درک کنیم؛ یعنی فضای خالی.
-با دانش کنونی ما، چطور میتوانیم توضیحی برای انبساط جهان از هیچ داشته باشیم؟ آیا واقعا همۀ اتفاقات از نوسان کوچک انرژی خلاء آغاز شد؟
+ممکن است برخی تغییرات یا نوسان‌های مرموز باعث انبساط بخشی از فضا شده باشند. حداقل برخی نظریه پردازان اینطور فکر می کنند. اگر نوسان‌های مربوط به نظریهی کوانتوم تا مقیاس مناسبی فشرده شوند میتوانند تمام جهان را تغییر دهند. این موضوع در مدت ۴۴-۱۰ ثانیه (زمان پلانک) اتفاق می افتد. این مقیاسی است که زمان و فضا در هم تنیده می شوند و جلو رفتن عقربه‌های ساعت بی معنی می شود. ما میتوانیم جهان را با اطمینان کامل به مقیاس نانوثانیه و حتی بسیار نزدیک به زمان پلانک ببریم؛ اما در اینجا تمام معادلات به هم می ریزد زیرا علم فیزیک در این مقیاس نیاز به یک نظریۀ بزرگ و پیچیده دارد.
-اگر این احتمال وجود داشته باشد که نوسان بخشی از فضای خالی به جهان موجودیت داده باشد، چرا این اتفاق در جای دیگری از فضای خالی نمی افتد و شاهد جهان‌های موازی در یک چندجهانی نیستیم؟
+ این فرضیه مشهور میان فیزیکدانها وجود دارد که بیگ بنگ تنها یکبار اتفاق نیافتاده و چیزی که ما با تلسکوپ‌هایمان می بینیم تنها بخش کوچکی از واقعیت فیزیکی جهان است. نسخه‌های بسیاری از یک جهان چرخه‌ای وجود دارد. ۵۰ سال پیش بود که شواهد محکمی برای بیگ بنگ یافت شد. اما از همان زمان این سوال وجود دارد که آیا بیگ بنگ، جزئی از اتفاقات یک جهان چرخه‌ای است یا خیر. تمایل به پذیرش این مفهوم وجود دارد که چیزی بسیار بیشتر از فضا و زمان در جهان ما وجود دارد. که حتی از نظر قوی‌ترین تلسکوپ‌ها نیز پنهان مانده است.
بنابراین ما نمیدانیم که آیا بیگ بنگ‌های بیشتری اتفاق افتاده است یا فقط یک بیگ بنگ وجود داشته است. فرضیه‌هایی وجود دارند که وجود چند بیگ بنگ را توضیح میدهند و فرضیه‌هایی نیز وجود یک بیگ بنگ. من فکر می کنم باید تمام آنها را بررسی کنیم.
-چگونه جهان پایان می یابد؟
+واضح‌ترین پیش‌بینی‌ها به ما می گویند سرعت انبساط جهان بیشتر شده و جهان خالی و سردتر می شود. ممکن است ذرات آن فرو بپاشند و فرایند رقیق‌سازی جهان بصورت نامحدود ادامه یابد. ما به شکلی با یک فضای بسیار بزرگ مواجه خواهیم بود که خالی‌تر از امروز می شود. این یک فرضیه است اما فرضیه‌های دیگری وجود دارند که در آنها، جهت انرژی تاریک از انبساط به انقباض تغییر می یابد و فروپاشی بزرگی با نام مهرمب یا Big Crunch اتفاق میافتد که در آن چگالی بار دیگر به بینهایت می رسد.
یک فرضیه وجود دارد که راجر پنرز فیزیکدان آن را مطرح کرده است. در این فرضیه، جهان منبسط تر و رقیق‌تر شده اما به نحوی، وقتی چیز دیگری جز فوتون در آن وجود ندارد، همه چیز از نو مقیاس‌بندی می شود و فضا بعد از رقیق شدن، مولد یک بیگ بنگ دیگر می شود. این فرضیه عجیب‌تر از فرضیه جهان چرخه‌ای است، اما لطفا از من نخواهید فرضیه‌های راجر پنروز را توضیح دهم.
-چقدر مطمئن هستید که علم در نهایت بتواند معمای هیچ را حل کند؟ حتی اگر بتوانیم ثابت کنیم جهان ما از یک نوسان عجیب در یک میدان خلاء به وجود آمده است، این سوال به وجود نمی آید که آن میدان خلاء از کجا آمده است؟
+علم سعی در یافتن پاسخ‌ها دارد اما هر باری که ما پاسخی را می یابیم، پرسش‌های جدیدی به وجود می آید. ما هیچوقت یک تصویر کامل نخواهیم داشت. وقتی من تحقیقاتم را در اواخر دهۀ ۱۹۶۰ آغاز کردم، بحث سر این بود که اصلا بیگ بنگ وجود دارد یا خیر. حال دیگر در این مورد بحثی نیست و ما میتوانیم با دقتی معادل ۲ درصد، شکل جهان از ۱۳٫۸ میلیارد سالگی آن تا همان نانوثانیه اول را توصیف کنیم. این پیشرفت بزرگی است. بنابراین دور از باوری نیست که بگوییم در ۵۰ سال آینده، مباحث مربوط به کوانتوم و دوره‌‌های تورمی حل خواهند شد.
اما این موضوع پرسش دیگری ایجاد می کند: چه مقدار از علم در دسترس ِ مغز انسان قرار خواهد گرفت؟ برای مثال شاید اینطور شود مفاهیم ریاضیاتی نظریه ریسمان، توصیف صحیحی از واقعیت باشند اما هیچوقت نتوانیم آن را به میزانی درک کنیم که آن را با مشاهدات حقیقی بررسی کنیم. پس ممکن است منتظر ظهور نوعی پسا-انسان باشیم تا درک بهتری به ما ارائه دهد. اما هر کسی که در مورد این معماها اندیشه کند، میتواند متوجه شود که فضای خالی در فیزیک، معادل هیچ در فلسفه نیست.
ترجمه: رضا کاظمی/ سایت علمی بیگ بنگ
