حدود یک قرن پیش، دانشمندان در تلاش بودند تا چیزی را که به نظر میرسید در نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین تناقض دارد، با یکدیگر تطبیق دهند .
این نظریه که در سال ۱۹۱۵ منتشر شد و از قبل به طور گسترده در سراسر جهان توسط فیزیکدانان و ریاضیدانان پذیرفته شده بود، فرض میکرد که جهان ایستا – بدون تغییر، بدون حرکت و تغییر ناپذیر است. به طور خلاصه، انیشتین معتقد بود که اندازه و شکل جهان امروز، کم و بیش، همان اندازه و شکلی است که همیشه بوده است.
اما وقتی ستارهشناسان با تلسکوپهای قدرتمند به آسمان شب در کهکشانهای دوردست نگاه کردند، نشانههایی دیدند که نشان میداد جهان هستی چیزی جز این است. این مشاهدات جدید خلاف این را نشان میداد – اینکه در عوض، جهان در حال انبساط است .
دانشمندان خیلی زود متوجه شدند که نظریه انیشتین در واقع نمیگوید که جهان باید ایستا باشد؛ این نظریه میتواند از یک جهان در حال انبساط نیز پشتیبانی کند. در واقع، دانشمندان با استفاده از همان ابزارهای ریاضی ارائه شده توسط نظریه انیشتین، مدلهای جدیدی ایجاد کردند که نشان میداد جهان در واقع پویا و در حال تکامل است .
ما تلاش های زیادی می کنیم تا نسبیت عام را درک کنیم ،از جمله این که درک ایده ی یک جهان در حال انبساط میتواند دلهرهآور باشد و بخشی از این چالش، غلبه بر شهود طبیعی ما در مورد نحوه عملکرد چیزها است.برای مثال، تصور اینکه چیزی به بزرگی جهان هستی اصلاً مرکزی نداشته باشد، دشوار است، اما فیزیک میگوید که واقعیت همین است.
فضای بین کهکشانها
اول، بیایید تعریف کنیم که منظور از «انبساط» چیست. روی زمین، «انبساط» به معنای بزرگتر شدن چیزی است. و در مورد جهان، این تا حدودی درست است. انبساط همچنین ممکن است به معنای «دورتر شدن همه چیز از ما» باشد، که در مورد جهان نیز صادق است. یک تلسکوپ را به سمت کهکشانهای دوردست نشانه بگیرید، به نظر میرسد که همه آنها در حال دور شدن از ما هستند .
علاوه بر این، هر چه دورتر باشند، سریعتر به نظر میرسند. همچنین به نظر میرسد که این کهکشانها در حال دور شدن از یکدیگر هستند. بنابراین دقیقتر است که بگوییم همه چیز در جهان هستی ، به طور همزمان، در حال دور شدن از هر چیز دیگری است .
این ایده ظریف اما حیاتی است. به راحتی میتوان خلقت جهان را مانند انفجار آتشبازی تصور کرد: با یک انفجار بزرگ شروع شد و سپس تمام کهکشانهای جهان از یک نقطه مرکزی در تمام جهات به پرواز درآمدند.
اما این قیاس درست نیست. نه تنها به اشتباه به این معنی است که انبساط جهان از یک نقطه واحد شروع شده است، که اینطور نیست، بلکه نشان میدهد که کهکشانها چیزهایی هستند که در حال حرکت هستند، که کاملاً دقیق نیست.این کهکشانها نیستند که از یکدیگر دور میشوند – بلکه فضای بین کهکشانها، یعنی تار و پود خود کیهان، است که با گذشت زمان دائماً در حال گسترش است . به عبارت دیگر، در واقع خود کهکشانها نیستند که در کیهان حرکت میکنند؛ بلکه خود کیهان با انبساط خود، آنها را به دورتر میبرد.
یک تشبیه رایج این است که تصور کنید چند نقطه روی سطح یک بادکنک چسباندهاید. وقتی هوا را به داخل بادکنک فوت میکنید، بادکنک منبسط میشود. از آنجا که نقاط روی سطح بادکنک چسبیدهاند، از هم دورتر میشوند.اگرچه ممکن است به نظر برسد که نقطهها حرکت میکنند، اما در واقع دقیقاً همان جایی که قرارشان میدهید، باقی میمانند و فاصله بین آنها صرفاً به دلیل انبساط بادکنک بیشتر میشود.
حالا نقطهها را کهکشانها و بادکنک را تار و پود کیهان در نظر بگیرید، آنوقت کمکم تصویر برایتان قابل درک میشود.متأسفانه، اگرچه این قیاس شروع خوبی است، اما جزئیات را نیز کاملاً درست بیان نمیکند.
بُعد چهارم
برای هر قیاسی، درک محدودیتهای آن مهم است. برخی از نقصها واضح هستند: یک بادکنک به اندازهای کوچک است که در دست شما جا میشود – اما کیهان اینطور نیست. نقص دیگر ظریفتر است. بادکنک دو بخش دارد: سطح لاتکس و فضای داخلی پر از هوای آن.
این دو بخش بادکنک به زبان ریاضیات به طور متفاوتی توصیف میشوند. سطح بادکنک دو بعدی است. اگر روی آن راه بروید، میتوانید به جلو، عقب، چپ یا راست حرکت کنید، اما نمیتوانید بدون ترک سطح، به بالا یا پایین حرکت کنید.
شاید به نظر برسد که ما اینجا چهار جهت را نام میبریم – جلو، عقب، چپ و راست – اما اینها فقط حرکاتی در امتداد دو مسیر اساسی هستند: از یک طرف به طرف دیگر و از جلو به عقب. این همان چیزی است که سطح را دو بعدی میکند – طول و عرض.
از طرف دیگر، داخل بادکنک سهبعدی است، بنابراین میتوانید آزادانه در هر جهتی، از جمله بالا یا پایین – طول، عرض و ارتفاع – حرکت کنید.
اینجاست که سردرگمی ایجاد میشود. چیزی که ما به عنوان “مرکز” بادکنک در نظر میگیریم، نقطهای در جایی از داخل آن، در فضای پر از هوای زیر سطح است.
اما در این تشبیه، جهان هستی بیشتر شبیه سطح لاتکس بادکنک است. فضای داخلی پر از هوای بادکنک هیچ همتایی در جهان ما ندارد، بنابراین نمیتوانیم از آن بخش از تشبیه استفاده کنیم – فقط سطح اهمیت دارد.
بنابراین پرسیدن «مرکز جهان کجاست؟» تا حدودی مانند پرسیدن «مرکز سطح بادکنک کجاست؟» است. در واقع چنین مرکزی وجود ندارد. شما میتوانید در امتداد سطح بادکنک در هر جهتی، تا هر زمان که دوست دارید، حرکت کنید و هرگز به جایی که بتوانید آن را مرکز آن بنامید، نخواهید رسید، زیرا هرگز واقعاً از سطح آن خارج نخواهید شد.
به همین ترتیب، شما میتوانید در هر جهتی در کیهان سفر کنید و هرگز مرکز آن را پیدا نخواهید کرد، زیرا درست مانند سطح بادکنک، مرکز ندارد .
بخشی از دلیل اینکه درک این موضوع میتواند بسیار چالشبرانگیز باشد، به نحوه توصیف جهان به زبان ریاضیات برمیگردد. سطح بادکنک دو بعد و داخل بادکنک سه بعد دارد، اما جهان در چهار بعد وجود دارد. زیرا جهان فقط در مورد نحوه حرکت اشیا در فضا نیست، بلکه در مورد نحوه حرکت آنها در زمان نیز هست.
مغز ما طوری سیمکشی شده که به فضا و زمان جداگانه فکر کند. اما در جهان هستی، آنها در یک بافت واحد به نام « فضا-زمان » در هم تنیده شدهاند. این وحدت، نحوهی عملکرد جهان هستی را نسبت به آنچه شهود ما انتظار دارد، تغییر میدهد.
و این توضیح حتی به این سوال که چگونه چیزی میتواند به طور نامحدود در حال گسترش باشد، پاسخ نمیدهد – دانشمندان هنوز در تلاشند تا بفهمند چه چیزی این انبساط را نیرو میبخشد.
بنابراین با پرسیدن درباره مرکز جهان، ما با محدودیتهای شهود خود روبرو میشویم. پاسخی که مییابیم – همه چیز، در همه جا، همه به یکباره در حال گسترش است – نگاهی اجمالی به این است که جهان ما چقدر عجیب و زیباست.
