همه ما نگران این هستیم که در پایان زندگیمان چه اتفاقی خواهد افتاد. ما میبینیم که دیگر موجودات زنده میمیرند و میدانیم که این اتفاق برای ما هم خواهد افتاد. از آنجا که این امر اجتناب ناپذیر است نگرانیم که این اتفاق چه زمانی ، کجا و به چه نحوی خواهد افتاد. خیلی از ما درباره سرنوشت زمین هم فکر میکنیم. آیا زمین برای همیشه به صورت یک گوی آبی رنگ قابل سکونت باقی میماند و یا اینکه در نهایت توسط خورشید، همچنانکه متورم شده و از ستارهای زرد رنگ با اندازه متوسط بدل به یک غول سرخ رنگ میشود، بلعیده میشود. یا شاید آنقدر سیاره مان را آلوده میکنیم که در نهایت به صورت سیاره ای، معلق، سرد و خالی از زندگی در فضا در میآید. اگر قرار باشد چنین اتفاقی بیفتد چقدر با آن فاصله داریم؟ صد سال؟ هزار سال؟ یا یک میلیون سال؟
عدهای از اخترشناسان یعنی آنهایی که کیهان شناس خوانده میشوند، سوالات مشابهی را در مورد جهان هستی مطرح میکنند. البته مقیاسی که این دسته از دانشمندان در آن کار میکنند متفاوت است. جهان هستی در مقایسه با یک سیاره صرف به مراتب عظیمتر است. حتی یک کهکشان واحد و خط زمانی که دارد در این مقایسه بسیار بسیار طولانیتر است. به همین دلیل است که کیهان شناسان نمیتوانند به طور قطع بگویند که جهان هستی چگونه آغاز شده است و چگونه پایان خواهد یافت. اما میتوانند شواهدی گرد آورند، حدسهای مبتنی بر دانشی بزنند و نظریاتی را شکل دهند.
یکی از اینگونه نظریات مرتبط با آینده جهان هستی نظریه مِه رُمب یا big crunch است. طبق این نظریه، گسترش جهان هستی یک روز متوقف میشود. آنگاه از آنجا که گرانش، ماده را به سمت درون میکشد جهان هستی شروع به فشرده شدن میکند و آنقدر به درون فرو میریزد که دوباره بدل به یک تکینگی فوقالعاده داغ و فوقالعاده با چگالی بالا میشود. چنانچه این نظریه درست باشد، جهان هستی همچون یک سوفله غولآسا است. در ابتدا کوچک است و رفته رفته همچنان که گرمتر میشود گسترش مییابد اما نهایتاً با سرد شدن شروع به فرو نشستن میکند.
هیچ کس یک سوفله فرو رفته و حجیم نشده را دوست ندارد و ما هم نباید جهان هستیای را که رفتاری مشابه دارد را دوست داشته باشیم. آن هنگام، نقطه پایان و نابودی هر کهکشان، ستاره و سیارهای خواهد بود که در حال حاضر وجود دارد. خوشبختانه نظریه big crunch ضمانتی ندارد. کیهان شناسان در حال حاضر مباحثات داغی درباره آن دارند.
گروهی از آنها معتقدند که این سوفله فرو خواهد نشست و گروهی دیگر معتقدند که تا همیشه به گسترش خود ادامه خواهد داد. میلیاردها سال طول خواهد کشید تا به یقین دریابیم که کدام گروه درست میگویند.
خب، حالا بیایید ببینیم که نظریه big crunch چیست و چه معنایی برای جهان هستی دارد. از آنجا که نظریه big crunch به واقع پیامدی از نظریه مه بانگ یا همان big bang است اجازه دهید که ابتدا به آن بپردازیم.
حدود ۱۵ میلیارد سال قبل کل ماده و انرژی جهان هستی در ناحیهای فوقالعاده کوچک تحت عنوان تکینگی جمع و متمرکز شده بود. طی رخدادی این تکینگی که چگالی فوقالعاده بالایی از مواد داشت با سرعت بسیار بسیار بالا و حیرت آوری شروع به گسترش کرد. اخترشناسان کاملا نمیدانند که این گسترش یافتن به چه دلیلی آغاز شد. اما آنها از عبارت مه بانگ یا big bang برای توصیف تکینگی و اولین لحظات پس از وقوع آن استفاده میکنند.
همچنانکه جهان هستیِ تازه متولد شده گسترش مییافت، شروع به خنکتر شدن کرد و چگالی اش کمتر میشد. برای اینکه بهتر درکش کنید بخاری که از کتری بیرون میآید را در نظر بگیرید. در نزدیکی دهانه لوله کتری، بخار کاملا داغ است و مولکولهای بخار در فضایی محصور متمرکز شدهاند. همچنانکه بخار از کتری فاصله میگیرد و مولکولها در آشپزخانه منتشر میشود، خنک میشود. همین اتفاق بعد از وقوع مه بانگ (big bang) رخ داده است. ظرف مدت ۳۰۰ هزار سال که همه چیز که در درون تکینگی حفظ شده بود، به قلمرو پر جنب و جوش و غبارآلود ماده و تابش گسترش یافته بود. وقتی این اتفاق رخ داد ، دما به ۳۰۰۰ درجه سلسیوس کاهش یافت که این اجازه را میداد که ذرات پایدارتر شکل بگیرند. ابتدا الکترونها و پروتونها تشکیل شدند که بعد با هم ترکیب شدند تا اتمهای هیدروژن و هلیوم را تشکیل دهند.
جهان هستی به گسترش یافتن و رقیقتر شدن ادامه داد. میتوانید آن را همچون آبگوشتی در ذهن خود تصویر کنید که مواد در درون آب غلیظ آن شناورند. اما حالا اخترشناسان فکر میکنند که بیشتر شبیه به سوپ بوده که چگالی خیلی یکنواختی داشته به جز در چند ناحیه معدود که چگالی در آنها نوساناتی داشته. همین نقاط معدودی که چگالی در آنها نسبت به بقیه نقاط نوسان داشته آنقدر اهمیت داشتند که باعث ترکیب و پیوند مواد شوند. دستههای عظیمی از سحابیهای تشکیل دهنده کهکشانهای گوناگون شکل گرفتند. این سحابیها تبدیل به کهکشان شدند؛ جزایری عظیم از گاز و غبار که زادگاه میلیاردها ستاره شدند. به دور بعضی از این ستاره ها، نیروی گرانش سنگ، یخ و دیگر مواد را گرد هم اورد تا سیارهها شکل بگیرند. حداقل در یکی از آن سیارهها، زندگی تکامل یافت؛ تقریبا ۱۱ میلیارد سال پس از وقوع big bang.
هنوز هم جهان هستی به گسترش خود ادامه میدهد و اخترشناسان شواهدی هم برای اثبات آن دارند.
اگر نظریه مه بانگ درست باشد، اخترشناسان بایستی قادر باشند رد گسترش یافتن جهان هستی را بگیرند. ادوین هابل ، که تلسکوپ فضایی هابل به افتخار او نامگذاری شده است یکی از اولین دانشمندانی بود که در سال ۱۹۲۵ این گسترش یافتن جهان هستی را مشاهده و اندازه گیری کرد. او با عبور دادن نور کهکشانهای دور از منشور تلسکوپش، روی طیفها یا رنگین کمانهای آنها مطالعه میکرد. او متوجه شد که نوری که از هر کهکشانی به تلسکوپ او میرسد ، به قسمت قرمز رنگ طیفهای منشور آن منتقل میشود. برای توضیح این پدیده او از اثر داپلر (Doupler effect)کمک گرفت که اکثرا آن را پدیدهای منسوب به عالم صدا میدانند. مثلا وقتی آمبولانس در خیابان به ما نزدیک میشود، به نظر میرسد که دانگ آژیر افزایش مییابد و وقتی از ما میگذرد و دور میشود دانگ صدا کاهش مییابد. این اتفاق به این دلیل رخ میدهد که یا آمبولانس از موج صدایی که ایجاد کرده عقب است و به دنبال آن میآید (دانگ صدای زیاد) و یا از این موج صدایی که ایجاد کرده فاصله میگیرد.(دانگ صدای کمتر).
هابل اینگونه استدلال کرد که امواج نوری که کهکشانها ایجاد کرده بودند هم رفتار مشابهی با این دانگ صدا در امواج صوتی دارند. او ادامه میدهد که اگر یک کهکشان دور با سرعت به طرف کهکشان ما در حرکت باشد، به امواج نوریای که ایجاد کرده بود، نزدیکتر میشود که این باعث میشود فاصله بین نقاط اوج موجها کاهش یابد و باعث تغییر رنگ طیف آن به ناحیه آبی رنگ شود. و اگر یک کهکشان دور با سرعت در حال دور شدن از کهکشان ما باشد، از امواج نوریای که ایجاد کرده بود دورتر میشود که این باعث بیشتر شدن فاصله بین نقاط اوج امواج و تغییر رنگ طیف آن به ناحیه قرمز رنگ میشود. پس از این که او به کرات نتیجه مشابهی را در مشاهدات خود از این موضوع و تغییر رنگ طیف این امواج نوری به ناحیه قرمز رنگ تجربه کرد، قاعده و اصل هابل را مطرح کرد: کهکشانها با سرعتی متناسب با فاصلهای که از ما دارند در حال دور شدن از ما هستند.
امروزه این تغییر رنگ طیف امواج نوری حاصل از اجرام آسمانی دور به رنگ قرمز بعنوان شاهد و گواهی محکم از گسترش یافتن جهان هستی مطرح میشود.
اما هر چیزی که گسترش مییابد باید نهایتا متوقف شود، درست است؟ آیا اینگونه نیست که جهان هستی هم درست به مانند توپی که به آسمان پرتاب شده به نقطه حداکثر گسترش یافتگی برسد و سپس متوقف شود و دوباره شروع به برگشتن و فرو افتادن به جایی که از آنجا حرکتش را آغاز کرده بود کند؟ همانگونه که خواهیم دید سه حالت در اینجا وجود دارد.
تقریبا تمام اخترشناسان میپذیرند که جهان هستی در حال گسترش یافتن است. چیزی که پس از آن رخ میدهد به منزله یک سر و راز سر به مهر است. خوشبختانه فقط سه امکان وجود دارد. جهان هستی میتواند باز، تخت و بسته باشد.
در این حالت ، جهان هستی تا همیشه گسترش مییابد و همچنانکه گسترش مییابد ماده درون آن رقیقتر و رقیقتر و منتشر میشود. نهایتا کهکشان ها، خالی از مواد خام مورد نیاز برای ایجاد ستارهها میشوند. ستارههایی که قبلاً بوجود آمدهاند ، آرام آرام به مانند ذغالهای نیمه سوخته خاموش میشوند. کهکشانها به جای اینکه گهوارههای آتشین باشند بدل به تابوتهایی پر از غبار و ستارههای مرده خواهند شد. در آن هنگام، جهان هستی تاریک ، سرد و متاسفانه خالی از زندگی میشود.
تصور کنید که مرمری بر روی سطحی چوبی که طول نامتناهی دارد غلت میخورد. اصطکاک کافی برای کند کردن سرعت این مرمر وجود دارد اما آنقدری نیست که سریع این کار را انجام دهد. مرمر برای مدت طولانی غلت میخورد و نهایتاً به آرامی و آهسته آهسته متوقف میشود. این اتفاقی است که بر سر یک جهان هستی تخت خواهد افتاد. تمام انرژی ناشی از مه بانگ (big bang ) را مصرف میکند و به وضعیت توازن میرسد و به آرامی و بعد از مدتی طولانی در آینده متوقف خواهد شد. این حالت هم از خیلی جهات به مانند حالت جهان هستی باز است چرا که عملا در این حالت هم برای اینکه جهان هستی به نقطه توازن برسد، تا ابد طول میکشد.
یک سر طناب پرش بانجی (bungee) را به پایتان و سر دیگرش را به ریل پلی ببندید و بپرید. به سرعت به طرف پایین شتاب میگیرید تا اینکه طناب را کش میآورید. هر چه تنش در طناب افزایش مییابد، طناب به تدریج سقوطتان را کندتر و آهستهتر میکند تا اینکه نهایتاً کاملا متوقف میشوید اما فقط برای لحظهای چرا که طناب که به محدوده کشش خودش رسیده است شما را به مانند فنر آزاد شدهای به سرعت به طرف پل به بالا بر میگرداند. اخترشناسان فکر میکنند که یک جهان هستی بسته هم تا حدود زیادی رفتار مشابهی با همین مثال دارد. گسترش یافتنش کاهش خواهد یافت تا آنجا که جهان هستی به حداکثر اندازه اش میرسد، آنگاه با سرعت زیاد بر میگردد و در خود فرو میریزد. با این رخداد جهان هستی چگالی اش بالا میرود و داغتر میشود تا اینکه به نقطهای میرسد که بدل به یک تکینگی با چگالی و داغی بی نهایت بالا میشود.
جهان هستیِ بسته منتهی به فرایندی برعکس مه بانگ (big bang ) یعنی مِه رُمب یا در هم فشردگی عظیم (big crunch) میشود. اما دلایلی که بسته بودن جهان هستی را از باز یا تخت بودن آن محتملتر میسازند چیست؟ اخترشناسان کم کم در حال رسیدن به حدسهای خوبی در این خصوص هستند.
اخترشناسان برای اینکه تصمیم بگیرند که جهان هستی تا ابد به گسترش یافتنش ادامه میدهد یا آرام آرام متوقف میشود و یا در خودش فرو میریزد، ابتدا بایستی ببینند که در زورآزمایی دو نیروی متقابل گرانش و گسترش یافتگی کدام یک پیروز میشود. یکی از این دو نیرو مربوط به بخش بانگ در رویداد مه بانگ (big bang) است یعنی انفجاری که جهان هستی را به طرف بیرون در تمامی جهتها پرتاب کرد. دیگر نیرو، نیروی گرانش است یعنی نیروی کششی که شیئی به شیء دیگر وارد میکند. اگر گرانش در جهان هستی به اندازه کافی قوی باشد میتواند بر گسترش یافتن جهانهستی غلبه کند و باعث فشردگی آن شود. در غیر این صورت جهان هستی همچنان تا ابد به گسترش یافتن خود ادامه خواهد داد.
اگرچه اخترشناسان میدانند که جهان هستی در حال گسترش یافتن است اما دقیقاً نمیتوانند نیرویی که مسبب این گسترش یافتن است را بسنجند. در عوض آنها سعی دارند تا چگالی جهان هستی را اندازه گیری نمایند. هرچه چگالی جهان هستی بیشتر باشد نیروی گرانشی آن هم بیشتر خواهد شد.
طبق این منطق بایستی یک آستانه چگالی وجود داشته باشد (یک حد بسیار حیاتی) که تعیین کند آیا نیروی گرانش در جهان هستی به اندازهای هست که گسترش یافتن جهان را متوقف سازد و همه چیز را دوباره گرد هم آورد و فشرده کند. چنانچه میزان چگالی از این حد حیاتی نیروی گرانش بیشتر باشد آنگاه جهان هستی دیگر گسترش نخواهد یافت و شروع به فشرده شدن میکند چنانچه میزان چگالی از این حد حیاتی نیروی گرانش کمتر باشد همچنان تا همیشه به گسترش یافتن خود ادامه میدهد. اخترشناسان این مفهوم را به صورت معادله ریاضی زیر نشان میدهند:
Ω = actual average density/critical density
اگر Ω بیشتر از یک باشد آنگاه جهان هستی بسته خواهد بود و در صورتی که کمتر از یک باشد باز خواهد بود و چنانچه برابر یک باشد تخت خواهد بود. بر اساس ماده قابل مشاهده نظیر کهکشان ها، سیارات و ستارهها به نظر میرسد که چگالی جهان هستی کمتر از این حد حیاتی و تعیین کننده است. و این حاکی از باز بودن جهان هستی و گسترش یافتن آن تا ابدیت است. اما اخترشناسان فکر میکنند نوع دیگری از ماده وجود دارد که قابل دیدن نیست. ممکن است این ماده تاریک غیر قابل مشاهده نسبت به ماده معمولی قابل مشاهده بخش خیلی بزرگتری از جهان هستی را تشکیل داده باشد و ممکن است آنقدر نیروی گرانش داشته باشد که بتواند جلوی گسترش یافتن جهان هستی را بگیرد و آن را متوقف کند و این فرآیند را معکوس کند.
به تازگی اخترشناسان رصدهایی انجام دادهاند که نشان میدهد ماده غیر قابل رویت دیگری در جهان هستی وجود دارد که انرژی تاریک (dark energy) نامیده میشود. آیا انرژی تاریک میتواند تاثیر عمیقی بر سرنوشت جهان هستی بگذارد؟
درست زمانی که اخترشناسان در تقلا بودند تا تاثیر انرژی تاریک بر جهان هستی را بررسی کنند، اکتشافی کردند که باعث شد بخواهند همه چیز را از نو بررسی و بازنگری کنند. این اکتشاف در سال ۱۹۹۸ صورت گرفت و طی آن بهترین تلسکوپهای جهان نشان دادند که ابرنواختر نوع یکم A که مجموعهای از ستارگان در حال مرگ هستند و همگی درخشندگی ذاتی یکسانی دارند، از کهکشان ما خیلی دورتر از آنچه که باید میبودند، بودند. اخترشناسان برای توضیح این مشاهده خود این ادعا را مطرح کردند که گسترش یافتن جهان هستی در حال شتاب گرفتن است. اما چه چیزی باعث این شتاب در گسترش یافتن شده است؟ آیا نیروی گرانش که به طور ذاتی در ماده تاریک وجود دارد آنقدر قوی نیست که بتواند جلوی چنین گسترشی را بگیرد؟
انگار قصه کائنات سر درازتری از آنچه قبلاً تصور میشد دارد. عدهای از کیهان شناسان حالا فکر میکنند که چیز دیگری در جهان هستی هست که از دیدها مخفی است؛ چیزی که همانند ماده تاریک غیر قابل رویت و توضیح است. آنها گاهی از آن تحت عنوان انرژی تاریک نام میبرند. برخلاف نیروی گرانش که جهان هستی را به طرف درون میکشد و گسترش یافتن آن را کند میکند، انرژی تاریک جهان هستی را به طرف بیرون هل میدهد و باعث افزایش سرعت گسترش آن میشود و میزان این انرژی تاریک در جهان هستی هم خیلی زیاد است. اخترشناسان تخمین میزنند که ممکن است ۷۳ درصد از جهان هستی را انرژی تاریک تشکیل داده باشد. آنها فکر میکنند که ۲۳ درصد از آن را هم ماده تاریک و تنها ۴ درصد را ماده معمولی که قابل رویت است تشکیل داده است. با این اعداد و ارقام و دانستن این مطلب که انرژی تاریک یک نیروی تورمی است، میتوانیم به سادگی ببینیم که مِه رُمب (big crunch) ممکن است هیچگاه اتفاق نیفتد.
جالب است بدانید که آلبرت انیشتین در سال ۱۹۱۷ یعنی زمانی که در تلاش بود تا معادلات مربوط به نظریه نسبیت عام خود را متوازن کند، وجود انرژی تاریک را پیشبینی کرده بود. در آن زمان او از آن به عنوان انرژی تاریک یاد نکرده بود بلکه آنرا ثابت کیهانی (cosmological constant) مینامید و در معادلاتش آن را با حرف لاتین لامبدا (lambda) نشان میداد. اگرچه انیشتین نمیتوانست ثابت کند اما باور داشت که بایستی یک نیروی دافعه وجود داشته باشد که باعث شده همه چیز این قدر به صورت یکنواخت به اطراف منتشر شود. در نهایت او اظهار کرد که دیگر به این فرضیه اش اعتقادی ندارد و آن را بزرگترین اشتباه خود خواند.
حالا دانشمندان از خود میپرسند که نکند انیشتین یکبار دیگر هم درست گفته باشد. مگر اینکه البته ثابت شود اشتباه میکرده.
واضح است که پیش بینی سرنوشت جهان هستی پاسخ آسانی ندارد. اما بیایید فرض کنیم که میزان چگالی جهان هستی بیشتر از آن مقدار حیاتی باشد که برای جلوگیری از توسعه و گسترش یافتن جهان هستی لازم است، این امر منتهی به وقوع رخداد مِه رُمب (big crunch) میشود که از جهات بسیاری شبیه به فشردن دکمه برگشت به عقب در دستگاه ضبط و پخش است. وقتی گرانش همه چیز در جهان هستی را به درون میکشاند، خوشههای کهکشانها به همدیگر نزدیکتر میشوند. آنگاه، کهکشانهای منفرد و مجزا کم کم با هم ادغام میشوند تا اینکه پس از میلیاردها سال یک ابر کهکشان شکل میگیرد. ستارگان در درون این کهکشان غول پیکر شروع به ادغام شدن با هم میکنند و این باعث میشود که تمام فضا داغتر از خورشید شود. در نهایت ستارگان منفجر میشوند و سیاه چالهها پدیدار میشوند که این فرایند در ابتدا کندتر و سپس سریعتر خواهد بود. همچنانکه به پایان جهان هستی نزدیکتر میشویم سیاه چالهها هر چیزی که دورشان است را میبلعند. حتی زمانی می رسد که خود این سیاهچالهها هم با هم ترکیب میشوند تا سیاهچالههای غول آساتری را تشکیل دهند که همه هستی را در خود فرو میبلعند. در آخر کار چیزی باقی نمیماند به جز یک تکینگی بسیار بسیار داغ و بسیار بسیار با چگالی بالا که همچون بذری برای شکوفا ساختن جهان بعدی است. بسیاری از اخترشناسان فکر میکنند که این بذر در رویدادی تحت عنوان مه جَست (big bounce) دوباره جوانه خواهد زد و تمام این فرایند دوباره از نو آغاز خواهد شد.
این تنها نظریه موجود نیست، تعدادی از کیهان شناسان تحت راهبری Paul J. Steinhardt از دانشگاه پرینستون و Neil Turok از دانشگاه کمبریج به تازگی این ادعا را مطرح کردهاند که نظریات سرمای بزرگ (big chill) و مِه رُمب (big crunch ) قابل رخ دادن به صورت همزمان نیستند. مدل آنها به این صورت عمل میکند که:
جهان هستی با مه بانگ (big bang ) شروع میشود و بعد از آن جهان هستی برای مدتی به آرامی گسترش مییابد و انرژی تاریک را در این مدت در خود شکل میدهد و انباشته میکند. ما امروز در این مرحله قرار داریم. اینکه بعد چه اتفاقی رخ خواهد داد تا حدود زیادی حدس گونه است اما Steinhardt و Turok معتقدند که جهان هستی همچنان به انباشت انرژی تاریک خود ادامه میدهد و همچنانکه این فرایند رخ میدهد باعث تحریک شتاب گیری کیهان میشود. جهان هستی هیچ گاه از گسترش یافتن باز نمیایستد اما ظرف مدت تریلیونها سال پخش و منتشر میشود و تمام ماده و انرژی را آنقدر کش میدهد که جهان ما به جهانهای متعددی تقسیم میشود. درون این جهانهای کوچکتر، انرژی مرموز تاریک به ماده معمولی و تابش بدل میشود. این باعث شکلگیری یک مه بانگ (big bang ) دیگر (و شاید چندین مورد از آن) و چرخه دیگری از گسترش یافتن میشود.
در پایان، اگر از این همه صحبت از فشردگی (crunch) یا گسترش یافتن (expansion) گیج و متحیر شدهاید، نگران نباشید و آسوده باشید چرا که سرنوشت هستی تا میلیاردها سال یا شاید تریلیونها سال دیگر تعیین نخواهد شد و کلی فرصت خواهید داشت تا روی چیزهای دیگری که خیلی مطمئنتر میتوان درباره آنها صحبت کرد متمرکز شوید مثلا چرخه زندگی خودتان؛ از تولد تا فرایند رشد و مرگ.