پرسشی ساده که نگاه ما را به جهان دگرگون کرد
یکی از مهمترین خاصیت های کودکی این است که ندانستن در آن چیز بدی نیست. هر چیز تازه ای توجه یک کودک را جلب میکند و کلی سوال ریز و درشت توی ذهنش می سازد. وقتی کم سن و سال هستیم از قضاوت شدن و مورد تمسخر قرار گرفتن نمی ترسیم و به همین خاطر سوال هایمان را بدون ترس و نگرانی به زبان می آوریم اما با فاصله گرفتن از سال های کودکی قدرت پرسشگری در جدال با ترس ها شکست می خورد و سوال های بی شماری روی دست مان می ماند که در گوشه دنج ذهن نگه داری می شوند و بعد از مدتی هم در گذار روزمرگی ها بدون آن که پاسخ شان را بیابیند فراموش می شوند. حتما شما هم تجربه این چنینی داشته اید و پرسش های بدون جوابی گوشه ذهن تان جا خوش کرده اند و هیچ وقت هم به جواب شان نرسیدند. در این میان هستند کسانی که بر احساسات و نگرانی های شان غلبه می کنند و سوالات به ظاهر ساده شان را می پرسند که اتفاقا در مدتی کوتاه مشخص می شود هنوز هیچ جواب دقیقی برای آن وجود ندارد. درست مثل کسی که اولین بار پرسید چرا فضا تاریک است در حالی که این همه ستاره در آن وجود دارد؟ پرسشی که در نگاه اول خنده دار به نظر می رسد ولی دانشمندان زمان خودش را به شدت به چالش کشید تا بتوانند جوابی درست و دقیق برایش پیدا کنند. یک سوال معمولی که شاید اگر «اولبرس»، پزشک و منجم آلمانی آن را گوشه ذهنش نگه می داشت حالا ما جهانی را که در آن زندگی می کنیم به خوبی نمی شناختیم. سوالی که دید بشر را به دنیا تغییر داد و زمینه طراحی ماموریت های فضایی مختلف شد و از دل آن پرسش های مهم دیگری درباره کیهان متولد شد. در این پرونده درباره این که چرا آسمان شب تاریک است و جواب های مختلفی که به آن داده شد صحبت خواهیم کرد و در نهایت به تاثیراتی که طرح این پرسش در دنیای علم و نوع نگاه ما به جهان داشت می پردازیم.
اولبرس مردی که جرأت کرد سوالی ساده بپرسد
زندگی اولبرس، پزشک و منجم آلمانی شبیه خیلی از ما بود که درگیر یک رشته تحصیلی خاص می شویم و علاقه مان را هم همیشه یک جوری دنبال خودمان می کشیم. سال های نوجوانی اش با فرمول های ریاضی گذشته بود و شیفته حل مسئله های پیچیده بود اما در جوانی به سراغ پزشکی و داروسازی رفت چون فکر می کرد با پزشکی می تواند به مردم کمک کند ولی حالا ما اولبرس را با حرفه پزشکی اش نمی شناسیم او بیش از پزشکی و داروسازی به سیارکهای که کشف کرده و پرسش مهم نجومی که مطرح کرد معروف شده است. او روزها را مشغول طبابت و تهیه داروها بود و شب ها به آسمان چشم می دوخت و محل دقیق ستارگان را بررسی می کرد و درباره شان یادداشت می نوشت. کم کم آن قدر به آسمان دل بست که طبقه بالای خانه اش را به رصدخانه تبدیل کرد. گاهی آن چنان محو تماشای آسمان می شد که در طی شب فقط 4 ساعت می خوابید. محصول این شب زندهداری ها و رصدهای دقیق، کشف سیارک «پالاس» در سال 1802 و سیارک «وِستا» در سال 1807 است. «هنریش ویلهلم اولبرس» حوالی سال 1815 دنباله داری را در آسمان رصد کرد که بعدها به نام خودش ثبت شد. اما تا به این جا هنوز به اندازه ای که امروز شناخته شده است، معروف نشده بود. در طی سال‌ها چشم دوختن به آسمان و غرق شدن در مناظر خیالانگیزش یک پرسش ذهن اولبرس را رها نمی کرد، چرا آسمان شب تاریک است در حالی که این همه ستاره در فضا وجود دارد؟ به عبارت درستتر اگر جهان ما جهانی بیکران، ایستا و ابدی-ازلی باشد، راستای دید ما در هر طرف باید در نهایت به ستاره ای ختم بشود پس هیچ نقطه آسمان نباید سیاه و تاریک باشد و اتفاقا می تواند مثل روز روشن باشد، او از این قضیه با عنوان یک پارادوکس یاد می کرد. مدتها ستاره شناس ها در حال ایده پردازی و تحقیق بودند تا پاسخ درست و مشخصی برای این سوال به ظاهر ساده اولبرس پیدا کنند، آن ها جواب های مختلفی را مطرح می کردند تا این که بالاخره به درک دقیقی درباره علت واقعی این ماجرا رسیدند. اولبرس در سن 81 سالگی در «برمن» شهری در نزدیکی محل تولدش از دنیا رفت و هیچ وقت جواب سوالش را نگرفت.
گرد و غبار موجود در فضا اولین جواب برای سوال اولبرس
اولبرس در سال 1823 درست یک سال بعد از مطرح کردن سوال عجیبش به پاسخی رسید که اتفاقا هم راستا با نظر دانشمندان همان دوره بود. او فکر میکرد گرد و غبارهایی که در فضای بین ستاره ها وجود دارد نور ستارگان را جذب می کنند و مانع رسیدن آن ها به به چشم ما میشوند و در یادداشتهایش نوشت «جای خوشبختی است که زمین نور ستارگان را از تمام نقاط گنبد آسمان دریافت نمی کند! اگرچه حتی در آن صورت، با گرما و نور غیر قابل تصوری در حدود ۹۰۰۰۰ بار بیشتر از آنچه ما هم‌اکنون تجربه می کنیم، مواجه می شدیم.» این جواب اولش به نظر منطقی می رسید اما بعدها با دقت بیشتری که اخترفیزیک دان ها به خرج دادند مشخص شد که اگر واقعا ذرات غبار بین ستاره ها، نورهای رسیده را جذب کنند بعد از مدتی انرژی شان بالا می رود و آن قدر داغ خواهند شد که خودشان هم ممکن است تابش داشته باشند. به عبارت ساده تر ذرات غبار با جذب نور و انرژی ستاره ها دمای شان بالا می رود و مثل یک تکه چوب در حال سوختن که نور تولید می کند آنها هم می توانند تابش داشته باشند.
نور ستاره ها در راه رسیدن به ما ضعیف می شوند
از آن جایی که با دور شدن ستاره ها از ما نور کمتر و ضعیفتری هم به ما می رسد و گاهی این نور آن قدر کم انرژی و ضعیف می شود که دیگر در محدوده چشم ما نیست دانشمندها تا سال‌ها قبل از پاسخ کلوین، فکر
می کردند همین مسئله است که باعث می شود فضا به نظر تاریک بیاید و نور بسیاری از ستاره ها به چشم ما نرسد. به این اتفاق انتقال به سرخ گفته میشود چون نور مرئی ستارهها در اثر مسافت طولانی که طی می کنند تا به ما برسند انرژی از دست می دهند و از محدوده مرئی به محدوده فرو سرخ می روند و دیگر قابل مشاهده نیستند و می تواند عامل تاریکی فضا باشد. ولی بعد از گذشت زمان کمی متوجه شدند به همان اندازه که نور مرئی ستاره ها ضعیف و نادیدنی میشود، پرتوهای پر انرژی فرابنفش که بعضی ستارهها منتشر می کنند تا به ما برسد افت انرژی پیدا می کند و در محدوده مرئی قابل دیدن می شود. پس این دو اتفاق، اثر هم دیگر را خنثی می کند و این ماجرا نمی تواند پاسخ درستی برای سوال اولبرس باشد.
هیچکس فکرش را نمی کرد که یک شاعر پاسخ را پیدا کند
شاید هیچ وقت به ذهن کسی خطور نمیکرد سرنخ های پاسخ اصلی اولین بار توسط یک شاعر ارائه بشود و نه یک دانشمند ستاره شناس. «ادگار آلن پو»، شاعر و نویسنده آمریکایی در سال 1848 اولین کسی بود که در کتاب شعرش ایده جالبی درباره پارادوکس اولبرس مطرح کرد گرچه شاید خیلی جدی گرفته نشد ولی در هر حال نباید از خلاقیت و دقت آلنپو غافل باشیم چرا که او واقعا به هدف زد و به نکته بسیار مهمی برای رسیدن به پاسخ سوال اشاره کرد. او در رساله «اورکا»ی خود شعری نوشت که مضمونش این بود که اگر جهان ما جهانی غیرایستا (متغییر و در حال انسباط یا انقباض) با ابعاد و عمری کران دار (محدود) باشد، پارادوکس اولبرس هم حل می شود چراکه دراین صورت برای تعداد و عمر ستارگان نهایتی وجود دارد. به عبارت ساده تر یعنی جهان نامحدود نیست و عمر ستارگان هم حد معینی دارد پس در هر نقطه دید ما الزاما ستاره ای وجود ندارد تا فضا را کاملا روشن نگه دارد. به هر حال آلن پو شاعر بود و تخصصی در نجوم و فیزیک نداشت بنابراین حرفش مورد توجه جوامع علمی قرار نگرفت چون با روش علمی و مبنای مشاهداتی و محاسباتی همراه نبود. سال‌ها بعد، کیهان‌شناسی با نام «ادوارد هریسون»، کسی که برای اولین بار دریافت که آلن پو پارادوکس اولبرس را حل کردهاست،این طور درباره او نوشته است: «زمانی‌که من اولین بار شعر آلن پو را خواندم، متحیر شدم. چگونه یک شاعر که در بهترین حالت می تواند یک دانشمند آماتور باشد، توانسته بود 140 سال پیش، به توضیح صحیح این پارادوکس دست یابد، درست زمانی‌که در دانشگاه های ما هنوز توضیحات غلط تدریس می شود».
و اما جواب اصلی از زبان یک فیزیک دان
سال 1901 اتفاق ویژه ای افتاد، «لرد کلوین» که فیزیک دان برجسته و معروفی بود توضیحی داد که به نظر می رسید پاسخ دقیق و علمی این پرسش مهم است. او یادآوری کرد زمانی که به آسمان نگاه می کنیم در واقع شاهد آنچه در گذشته اتفاق افتاده است هستیم و نه آنچه در زمان حال در فضا در حال رخ دادن است. چه طور؟ چون سرعت نور، اگرچه در مقیاس زمینی بسیار زیاد است، اما به هر حال محدود است و برای رسیدن نور از ستارگان دوردست به زمین، زمان لازم است. پس آنچه از ستارگان می بینیم چیزی است که مربوط به گذشته آنهاست بنابه این که نزدیک هستند یا خیلی دور، تصویرشان هم می تواند جدیدتر یا خیلی قدیمی تر باشد. کلوین محاسبه کرد برای اینکه آسمان شب درخشان باشد، جهان باید صدها تریلیون* سال نوری گستردگی داشته باشد ولی از آنجا که جهان چنین سنی ندارد، بنابراین آسمان ضرورتا سیاه خواهد بود. البته یک دلیل دیگر هم وجود دارد و آن هم این است که عمر ستارگان محدود است و نهایتا چند میلیارد سال سن دارند. غیرایستا بودن جهان تنها در صورتی با کران دار بودن ابعاد و عمر آن سازگاری دارد که فرض بگیریم جهان از وضعیتی بسیار کوچک متولد شده است و با گذشت زمان، بر ابعاد آن افزوده شده به طوری که هم اینک نیز در حال بزرگتر شدن است. پاسخ کلوین دقیق ترین پاسخی بود که تا آن زمان به این سوال داده شد و حالا به طور دقیقتر می دانیم که اگر فرض کنیم جهان بی نهایت است باید بدانیم که بی نهایت پیر نیست! یعنی آن قدر عمر ندارد که نور ستاره های دوردستش به ما برسد و فضا را روشن کند. سرعت نور محدود است و ما هر اتفاق را تنها بعد از رسیدن نورش می توانیم ببینیم. چند سالی است فهمیده ایم که جهان 13.8 میلیارد سال سن دارد. بنابراین بیشترین فاصلهای که ما از آن نور دریافت می کنیم از 13.8میلیارد سال نوری دورتر از زمین است. بخش دوم پاسخ هم به این برمیگردد که ستارهها عمر بی نهایت ندارند آنها بعد از مدتی خاموش می شوند و زندگی شان به پایان می رسد. ترکیب این دو دلیل باعث می شود ما هیچ وقت نتوانیم نور ستاره های دور و نزدیک را هم زمان در همه جهات ببینیم.
*تریلیون: یک تریلیون برابر است با هزار میلیارد یعنی 12 صفر جلوی عدد یک
در این مسیر، پاسخ سوال های مهم دیگر را یافتیم
سال 1920 زمان پرده برداری از یک راز بزرگ فرا رسید! ادوین هابل کیهان شناس معروف در رصدخانه مونت ویلسون اولین شواهد حاکی از انبساط جهان را مشاهده کرد. تلاش برای جواب دادن به پارادوکس اولبرس سوال تازه ای ایجاد کرده بود و حالا این پرسش هم داشت به پاسخ خود می رسید؛ جهان ثابت و ایستا بود یا در حال تغییر؟ این مشاهدات نشان می دادند که هرچه یک کهکشان در فاصله ای دورتر از ما واقع شده باشد، صرف نظر از موقعیت آن در آسمان، با سرعتی بیشتر از ما دور می شود؛ همان طور که آلن پو شاعر و نویسنده آمریکایی حدس زده بود و درست همان طور که لرد کلوین فیزیکدان بزرگ محاسبه کرده بود جهانی که در آن زندگی می کنیم ایستا و بدون تغییر نبود بلکه هر لحظه در حال بزرگ شدن و انبساط بود.
سوال ساده اولبرس ما را وادار به شناخت بهتر جهان کرد
پرسشی که اولبرس طرح کرد سوال های زیادی به دنبال خود می آورد، جهان محدوده مشخصی دارد یا
بی نهایت است؟ ایستا و بدون تغییر است یا پویاست و دچار انقباض و یا انبساط می شود؟ چند سال از عمرش می گذرد؟ دورترین نورهایی که به ما می رسد مربوط به چه ستاره هایی است؟ کنجکاوی به ظاهر ساده و کودکانه ای که در پرسش اولبرس نهفته بود آرام آرام درهای تازه ای را به روی نادانسته های بشر باز می کرد. صورت قضیه این طور بود که کودکی در کنار دریا نشسته و با صدفها بازی میکند اما واقعیتی که در ادامه اتفاق افتاد شبیه این بود که آن کودک به همراه دوستانش سوار قایقی شود و خودش را به دل امواج خروشان دریا بسپارد تا ببیند در آن سوی آب ها چه خبر است. پرسش های مختلفی که به دنبال چرایی تاریکی فضا آمدند نیاز به جواب داشتند و محققان را به این فکر انداختند تا جهان را دقیق تر و بهتر ببینند. تلسکوپ فضایی هابل یکی از ماموریت های مهمی بود که برای شناخت بهتر جهان و ثبت تصویر از دورترین نقاط فضا برنامه ریزی و به خارج از جو زمین زمین ارسال شد. در سال ۲۰۰۴، انتشار عکس حیرت آوری که هابل تهیه کرده بود، سرخط اخبار روز دنیا را به خود اختصاص داد. تهیه عکسی از دورترین نقاط جهان، جایی حدود 13 میلیارد سال نوری دورتر از زمین ما. این تلسکوپ، برای جمع‌آوری تابش فوق‌العاده ضعیف از دورترین گوشه جهان، باید عملیاتی بی سابقه را انجام می داد که در نهایت با موفقیت انجام شد.
چه چیزی در ورای دورترین کهکشان ها وجود دارد؟ با دقت در عکس گرفته شده توسط هابل، آن چیزی که به وضوح دیده می شود این است که بین کهکشان ها را تنها تاریکی پر کرده است. این سیاهی، همان چیزی است که باعث می شود آسمان شب سیاه به نظر برسد. به عبارت دیگر، همان نقطه نهایی، برای رسیدن نور ستارگان دوردست به ماست.
حالا باید برای یافتن سوال های تازه ای برنامه ریزی میشد. بعد از ماموریت های پی در پی و ارسال کاوشگرهای فضایی مختلف برای پیدا کردن امواج مرموزی که از تمام نقاط آسمان دریافت می شدند دانشمندان با پروژه فضاپیمای WMAP به جواب اصلی رسیدند! این فضاپیما توانست تابش ناشی از اولین لحظات شکل گیری عالم را ثبت کند و مشخص شد فضا پر است از این امواج که به «تابش زمینه کیهانی» معروف است. با استفاده از این اطلاعات ستاره شناس ها توانستند سن عالم را با دقت بهتری اندازهگیری کنند و درباره نحوه پیدایش جهان به درک بهتری برسند. امروز ما می دانیم اگر چشمان ما به گونه ای می توانست تابش پس زمینه را مشاهده کند و نه فقط نور مرئی را، ما تابش ناشی از لحظات اولیه شکل گیری عالم (انفجار بزرگ) را می دیدیم. تابشی که تمام آسمان شب را پر کرده است و اطلاعات فراوانی درباره پیدایش عالم برای مان به ارمغان می آورد.
این مطلب در روزنامه خراسان مورخ 1399/3/1 منتشر شده است.
منابع:
کتاب جهان‌های موازی، نوشته‌ی میچیو کاکو
