نویسنده: نرگس خورشیدی
کیهان‌شناسی چیست؟
تعاریف زیادِ خوبی می‌توان یافت! مثلا می‌توان گفت: کیهان‌شناسی علم مطالعۀ گذشتۀ دور و آیندۀ دورتر است که در تلاش است به پاسخ پرسش‌های بنیادی دست پیدا کند.
حالا می‌پرسیم پرسش‌های بنیادی چه هستند؟ از اولین سؤالی که به ماهیت عالم یا حتی خودمان برسد (حتی همچون چگونگی پدیدآمدن مرغ و تخم مرغ!)، می‌توان شروع کرد. یکی از پرسش‌های بنیادی این است که آیا عالم کرانمند است؟ که هنوز پاسخ دقیقی برای آن به دست نیاورده‌ایم. اما از دیگر سؤال‌ها که پاسخ آن‌ها شناخته‌شده است این است که آیا جهان مرکز یا لبه‌ای دارد؟
اولین تلاش‌ها برای پاسخ به چنین سؤالاتی در طول هزاره‌های پیش از میلاد آغاز شد. جواب‌های اساطیری بسیار زیادی برای سؤالات فلسفی در سراسر جهان به‌وجود آمد. فیلسوفان یونانی سعی می‌کردند ثابت کنند این پاسخ‌ها مستند نیستند. ارسطو یکی از فیلسوفانی بود که حدود قرن چهارم پیش از میلاد نظریۀ زمین‌مرکزی را ارائه داد؛ مدلی برای عالم که کرانمند بود اما از نظر زمانی بی‌نهایت بود و زمین به طور ساکن در مرکز آن قرار داشت.
پس از آن در قرن سوم پیش از میلاد، آریستارخوس، منجم یونانی، این طرح را مطرح کرد که خورشید در مرکز عالم قرار دارد و زمین به دور آن می‌چرخد . همچنین مطرح کرد ستارگان اجرامی همچون خورشید هستند که از فواصل به مراتب دورتری دیده می‌شوند.
پس از آن‌ها و در سال 922ه.ش. نیکلاس کوپرنیک به صورت قانع‌کننده‌تری با کتابش با عنوان «دربارۀ گردش افلاک آسمانی»، اولین مدل ریاضی دقیق و قانع‌کننده از عالم را ارائه کرد که خورشید در مرکز آن قرار داشت و زمین و دیگر سیارات به دور خورشید می‌چرخیدند.
در سال 963ه.ش.، جوردانو برونو ریاضی‌دان و فیلسوف فداکار ایتالیایی (زیرا توسط کلیسا سوزانده شد!) این فرضیه را مطرح کرد که خورشید ستاره‌ای نسبتاً معمولی و بی‌اهمیت در جمعِ بی‌شمار ستارۀ دیگر عالم است. او همچنین ادعا کرد که چون عالم کران ندارد، مرکزی هم ندارد و هیچ جسم خاصی در مرکز آن نیست (1).
در سال 989ه.ش. یوهانس کپلر منجم آلمانی معتقد بود که هر مدل توصیف‌کنندۀ عالم به شکل جهان ایستای بی‌کران و ابدی (بی‌نهایت در بعد زمان) مردود است. او چنین استدلال می‌کرد که در چنین جهان‌های بی‌کرانی در هر راستا ستاره‌ای وجود دارد و بنابراین آسمان شب باید روشن باشد، که بعدها به پارادوکس اولبرس انجامید (2).
درسال 1134ه.ش. ایمانوئل کانت، فیلسوف آلمانی، با جهان‌بینی وسیع خود این فرضیه را مطرح کرد که برخی اجرام مه‌آلودی که در آسمان می‌بینیم، کهکشان‌هایی خارج از کهکشان راه شیری‌اند. او به این موضوع اشاره کرد که جهان ما بسیار بزرگ‌تر از راه شیری است.
و اما در سال‌هایی نزدیک جنگ جهانی اول (1284ه.ش.)، اینشتین در نظریۀ نسبیت خاص پیشنهاد کرد که فضا زمان بافتارهای به‌هم‌پیوسته‌ای را به نام فضا-زمان شکل می‌دهد و یکی از فرضیات اصلی این نظریه آن است که در عالم هیچ مرکز یا مرزی وجود ندارد.
و اما با شروع جنگ جهانی و در سال 1300ه.ش.، اینشتین نظریۀ نسبیت عام را منتشر کرد که در آن هندسۀ فضا-زمان توسط یک متریک (3) تعیین می‌شود و در نقاط نزدیک به تمرکز جرم بیشتر، متریک دارای انحنای بیشتری است و فضا-زمان خمیده است. نظریه‌ای که امروز بهترین توصیف‌گر گرانش در مقیاس کیهانی است. او همچنین معادلاتی از نسبیت عام استخراج کرد که وجود چندین جهان متفاوت را محتمل می‌داند.
و اما کسی که پس از حدود دویست سال در 1300ه.ش. گفتۀ کانت را دربارۀ کهکشان‌هایی ورای کهکشان ما اثبات کرد، ادوین هابل بود که طبق تحقیقاتش ثابت کرد کهکشان‌هایی ورای کهکشان خودمان وجود دارند. علاوه بر این، او مشاهده کرد که کهکشان‌های دوردست در حال فاصله گرفتن از ما هستند و سرعت حرکت آن‌ها با فاصله‌شان متناسب است.
پس از آن‌ها و در سال 1310ه.ش.، ژرژ لومت، منجم و کشیش بلژیکی از زاویه‌ای دیگر نگاه کرد و فرضیۀ اتم اولیه را مطرح کرد. این فرضیه پیشنهاد می‌دهد که عالم از وضعیت اولیه‌ای به غایت داغ و چگال گسترش یافته است. مدل لومت، همچنین راه حلی برای پارادوکس اولبرس پیشنهاد می‌داد.
در سال 1328ه.ش.، فرد هویل اخترشناس انگلیسی عبارت مهبانگ را به نظریاتی اطلاق کرد که پیشنهاد می‌دادند در زمانی مشخص از گذشته، عالم از حالتی به غایت داغ و چگال متولد شده است. این عبارت به سرعت رایج شد. این در حالی بود که خود هویل به نظریه‌های دیگری برای توصیف عالم معتقد بود.
و در ادامۀ نظریۀ مهبانگ در سال1344ه.ش.، ارنو پنزیاس و رابرت ویلسون، اخترشناسانی که در آزمایشگاه‌های بل کار می‌کردند، تابش ریزموج زمینۀ کیهانی (CMBR)(4) را کشف کردند. این تابش، تشعشع ضعیفی است که از همه جای آسمان دریافت می‌شود. طولی نکشید که دانشمندان متوجه شدند که CMBR از مهبانگ به جا مانده است.
در سال 1359ه.ش.، پس از آن که نظریۀ مهبانگ بسیار محبوب شده بود، آلن گوث، فیزیک‌دان آمریکایی، و همکارانش با ارائۀ یک مدل پیشنهاد دادند که عالم از نخستین لحظات پس از مهبانگ با سرعت بسیار شگفت‌انگیزی منبسط شده است. این مدل به توصیف ساختار بزرگ‌مقیاس عالم کمک کرد.
در سال 1378ه.ش.، اندازه‌گیری‌های دقیق از CMBR و سرعت شعاعی (5) کهکشان‌هایی که در فواصل مختلف زمین قرار داشتند، شواهدی بر وجود انرژی تاریک (6) فراهم کردند. این اتفاق، پدیدۀ رازآلودی است که به نظر می‌رسد به گسترش عالم دامن زده و انبساط ان را شتاب می‌دهد.
و اما در طی یک عمل جذاب و درسال 1389ه.ش.، محققان در مکانی بین فرانسه و سوییس در برخورددهندۀ بزرگ هادرون LHC با جایگزین کردن یون سرب و برخورد آن به جای پروتون، موفق شدند تولد جهان را شبیه‌سازی کنند. هدف اصلی LHC، یافتن پاسخ چیستی مادۀ تاریک، چرایی کم‌تربودن جرم ضدماده در مقایسه با جرم ماده و اثر گرانش در مقیاس‌های کوانتومی بر ذرات بنیادی است. بدین‌منظور، شرایط زمان مهبانگ را فراهم می‌کنند تا به پاسخ این پرسش‌ها برسند.
و اما در سالی نه چندان دور یعنی 1394ه.ش.، امواج گرانشی آشکار شدند. وجود این امواج تاییدی بر نظریه مهبانگ تورمی (7) است و اثبات دیگری بر درستی نظریۀ نسبیت عام به شمار می‌رود.
تلاش‌ها برای یافتن پاسخ پرسش‌هایی که هزاران سال است این‌گونه در تلاش برای یافتن آن‌ها هستیم بی‌شک تمام نشده و این سفر هیجان‌انگیز شاید هزاران سال دیگر هم ادامه یابد. شاید جالب باشد که بدانید با محاسبۀ سن تقریبی عالم که حدود 100 میلیارد سال است، اکنون عالم در حدود 14 میلیارد سال سن دارد که این یعنی در دوران نوجوانی چرخۀ حیات کیهانی هستیم! اگر عالم مسئولانه عمل کند، هنوز می‌تواند سال‌هایی طلایی پیش رو داشته باشد!
منبع: دایرة‌المعارف مصور اسرار ستارگان
پی‌نوشت‌ها:
(1) جوردانو برونو، کشیش، فیلسوف و فیزیک‌دان ایتالیایی به دلیل مردود اعلام کردن حکمت طبیعی فلسفه ارسطو و نظریه‌هایی مبنی بر ردکردن زمین‌مرکزی و وجود سیاراتی در منظومه شمسی، که مخالف عقیدۀ کلیسا بود، سوزانده شد.
(2) اولین کسی که جرئت کرد بپرسد چرا آسمان شب تاریک است، هانریش ویلهلم اولبرس بود. سؤالی که پس از آن به پاردوکس اولبرس معروف شد.
(3) متریک یک شکل متقارن دوخطی در هر فضای تانژانت M است که به صورت هموار از نقطه‌ای به نقطۀ دیگر تغییر می‌کند. در زبان ریاضی، فضا-زمان با یک خمینۀ دیفرانسیل‌پذیر چهار بعدی M نمایش داده می شود.
(4) امواج پس‌زمینه کیهانی یا به اختصار CMBR، از اولین مهرهای تأیید بر نظریۀ انفجار بزرگ هستند. این تابش‌های الکترومغناطیسی، باقی‌ماندۀ انفجار بزرگ هستند که به امواج باستانی هم معروف‌اند.
(5) سرعت شعاعی به نرخ تغییر فاصلۀ یک جسم از ناظر می‌گویند.
(6) چون مادۀ تاریک از خود نور یا امواج الکترومغناطیسی منتشر یا بازتاب نمی‌کند، به آن مادۀ تاریک می‌گویند. مادۀ تاریک چیزی است که بخش اعظم عالم یا تقریباً کل جهان را تشکیل داده و مطلقاً نمی‌دانیم چیست.
(7) نظریۀ مهبانگ تورمی اعلام می‌دارد که کیهان بسیار بزرگ‌تر از آن چیزی است که تصور می‌شود و پیرتر از سن کنونی‌ای است که برای آن تصور می‌شود. همچنین در توجیه خصوصیات قابل مشاهدۀ کیهان تاکنون موفق بوده است؛ برای مثال می‌توان به بررسی ماهیت امواج پس‌زمینۀ کیهانی اشاره کرد که کیهان‌شناسان آن را به عنوان پس‌فروزشی (تابشی) به علت گرمای کیهان در زمان مهبانگ تفسیر می‌کنند.
