کائنات حیات کیهانی خود را با یک انفجار بزرگ شروع کرد
نزدیک به چهارده میلیارد سال پیش،
و از آن زمان در حال بزرگ شدن بوده است.
اما در چه منبسط میشود؟
این سوالی پیچیده است.
دلیل این است که:
معادله نسبیت عام انیشتین
فضا و زمان را به گونهای در هم تنیده توصیف میکند
که تار و پود کائنات هستند.
این یعنی آنچه به عنوان فضا و زمان میشناسیم
تنها به عنوان بخشی از کائنات وجود دارد و نه ورای آن.
خوب، وقتی اشیای هر روزه منبسط میشوند،
فضای بیشتری اشغال میکنند.
اما اگر چیزی به عنوان فضای بیشتر برای اشغال وجود نداشته باشد چه،
انبساط اصلا چه معنایی پیدا میکند؟
در سال ۱۹۲۹ مشاهدات ستارهشناسی ادوین هابل
پاسخی قطعی به ما داد.
تحقیق او بر آسمان شب نشان داد که تمام کهکشانهای دوردست
پس میروند، یا از زمین دور میشوند.
علاوه بر این، هرچه کهکشان دورتر باشد سرعت پسروی آن بیشتر است.
چطور میتوانیم این را درک کنیم؟
یک قرص نان کشمشی را در نظر بگیرید که در فر پف میکند.
خمیر بین تمام کشمشها
به یک اندازه پف میکند.
اگر کشمشها را به عنوان کهکشانها در نظر بگیریم،
و خمیر را به عنوان فضای بین آنها،
میتوانیم تصور کنیم که کش آمدن یا منبسط شدن
فضای بین کهکشانی باعث دور شدن کهکشانها از هم میشود،
و برای هر کهکشان، همسایههای دوردستش فاصله بیشتری
نسبت به همسایههای نزدیک میگیرند
در یک بازه زمانی مساوی.
قطع یقین، معادله نسبیت عام یک مسابقه
طنابکشی کیهانی را پیشبینی میکند میان گرانش و انبساط.
تنها در فضای تاریک بین کهکشانهاست که انبساط برنده میشود،
و فضا کش میآید.
پس جواب ما همین است.
کائنات در خودش منبسط میشود.
به همین دلیل، کیهانشناسان در حال گسترش دادن مرزهای مدلهای ریاضی هستند
تا ببینند چه چیزی، در صورت وجود، ورای فضا-زمان وجود دارد.
اینها حدس و گمانهای بی اساس نیستند، بلکه فرضیاتی هستند
که پیچ و تاب علمی نظریه انفجار بزرگ را برطرف میکنند.
انفجار بزرگ پیشبینی میکند که ماده به صورت یکنواخت در تمام کائنات پراکنده شده است،
به عنوان گاز فضایی -- اما بعد، چطور کهکشانها و ستارهها به وجود آمدند؟
مدل تورمی دورهای کوتاه را وصف میکند
که انبساط با سرعتی باورنکردنی رخ میداده است
و نوسانات کوانتومی انرژی جهان جوان را
به شکلگیری تودههای گاز که در نهایت تبدیل به کهکشان شدند مرتبط میسازد.
اگر این فرض را بپذیریم، ممکن است همچنین القا کند که جهان ما
بخشی از یک واقعیت کیهانی بزرگتر است که دچار تورمی بیپایان و ابدی است.
ما هیچ چیز از این واقعیت نظری متورم نمیدانیم،
غیر از این پیشبینی ریاضی که میگوید انبساط بیانتهای آن
ممکن است ناشی از یک شرایط انرژی کوانتومی ناپایدار باشد.
اما در بسیاری از منطقههای محلی، انرژی ممکن است به صورت تصادفی نشست کند
و به شرایط پایدار برسد، تورم متوقف شود و جهانهای حبابی پدید بیایند.
هر جهان حبابی -- که مال ما هم یکی از آنهاست
-- میتواند با انفجار بزرگ و قوانین فیزیک خود توصیف شود.
جهان ما ممکن است بخشی از یک چندجهانی بزرگتر باشد،
که در آن نرخ بینظیر انبساط ابدی
دیدار با یک جهان همسایه را برای ما ناممکن میکند.
انفجار بزرگ همچنین پیشبینی میکند که در کائنات جوان و داغ، نیروهای بنیادین ما
ممکن است در یک ابرنیرو متمرکز شده باشند.
نظریههای ریاضی ریسمان توصیفی برای این اتحاد پیشنهاد میدهد،
علاوه بر ساختاری اساسی برای کوارکها و الکترونهای زیراتمی.
در این مدلهای پیشنهادی، ریسمانهای مرتعش واحدهای سازنده جهان هستند.
مدلهای رقیب ریسمان، حال در توصیفی واحد اتفاق نظر دارند،
و میگویند ممکن است این ساختارها با ابعاد عظیم بالاتر تعامل داشته باشند که غشا نام دارند.
جهان ما ممکن است در چنین غشائی محدود شده باشد،
و در جایی ناشناخته با ابعاد بالاتر شناور باشد، که "توده" یا ابرفضا نامیده میشود.
غشاهای دیگر -- حاوی گونههای دیگر جهان -- ممکن است در ابرفضا توامان وجود داشته باشند،
و غشاهای همسایه ممکن است نیروهای اساسی خاص مثل گرانش را به اشتراک بگذارند.
هم تورم ابدی و هم غشاها یک چندجهانی را توصیف میکنند،
اما در حالی که جهانها در تورم ابدی از هم جدا هستند، جهانهای غشایی میتوانند با هم برخورد کنند.
پژواک چنین برخوردی میتواند در تابش زمینه کیهانی نمود پیدا کند
-- آشی از تابش در تمام کائنات، بازمانده از دوران انفجار بزرگ در ابتدا.
اما تا کنون چنین پژواک کیهانی را پیدا نکردهایم.
بعضی فکر میکنند این نظریههای چندجهانی متفاوت درنهایت در یک نظریه عام ادغام میشوند
یا با چیزی دیگر جایگزین میشوند.
اما فعلا، اینها توضیحات نظری مدلهای ریاضی هستند.
از آنجا که این مدلها از آزمایشهای علمی بسیاری الهام گرفته و توسط آنها هدایت میشوند،
هنوز، آزمایشهای عینی اندکی برای آزمایش مستقیم آنها در دست است.
تا وقتی که ادوین هابل بعدی از راه برسد،
دانشمندان احتمالا به دعوا بر سر زیبایی مدلهایشان ادامه خواهند داد ...
و رویا پردازی میکنند که چه چیزی، اگر باشد، ورای جهان ما نهفته است.