پيشرفت هاى پديد آمده در مسير كشفيات، در سده گذشته، افق هاى تازه اى را براى درك منشا و خاستگاه كيهان به روى ما گشوده است، لكن هنوز راز و رمزهاى بزرگى باقى است و ساليانى خواهد گذشت تا ستاره شناسان اين رموز را كشف كنند.
ممكن است از ياد برده باشيم كه در حدود يك قرن پيش، هيچ كس سياره پلوتو را مشاهده نكرده بود و همين طور ستاره شناسان معتقد بودند كه جهان هستى محدود به سر حدات ناحيه درخشانى به نام راه شيرى است.اين تصوير از عالم در حالى كه ما به قرن ۲۱ پا گذاشته ايم به مراتب پيچيده تر شده است. نظريه نسبيت عام كه توسط آلبرت اينشتين ارائه شده است توضيح مى دهد كه چگونه گرانش موجب خميدگى فضا- زمان مى شود و بدين وسيله بيان مى دارد كه هر جرم مانند توپ بولينگى كه بر روى يك تشك قرار دارد، فرورفتگى اندكى را در سيستم فضا - زمان ايجاد مى كند. در هر حال اينشتين به اشتباه معتقد بود كه عالم بدون تغيير است. براى اين كه نظر خود را در معادلاتش لحاظ كند يك ساختار جديد رياضى را فرض كرد (ثابت كيهان شناختى)، كه اين مورد تامين كننده يك نيروى دافعه است كه از سقوط عالم در اثر نيروى گرانش خود پيشگيرى مى كند.
رياضيدان گمنامى به نام الكساندر فريدمن كه اهل روسيه بود دريافت كه ايده هاى اينشتين در رابطه با گرانش مى تواند بيانگر تفسيرى كاملاً متفاوت باشد، يعنى عالم هستى به جاى آن كه پايدارى و ثبات داشته باشد به سوى انبساط و گسترش پيش مى رود.كيهان شناسى بلژيكى به نام جورج لومتر (Georges Lemaitre) كه يك كشيش كاتوليك بود، نيز از فرضيه جهان در حال انبساط جانبدارى مى كرد.وى در سال ۱۹۲۷ بيان كرد كه انتقال مشهور دوپلر در نورى كه از سحابى ها (كه البته امروزه آن سحابى ها را كهكشان مى ناميم) به ما مى رسد و به سوى طول موج هاى بلندتر ميل مى كند بيانگر اين نكته است كه سحابى ها از زمين دور مى شوند. بدين ترتيب نشان داد كه عالم در حال انبساط است.لومتر فرضيه اى را بنيان نهاد كه بر طبق آن عالم هستى، از اندازه اى كوچك آغاز شده و تا رسيدن به مقياس ايده آل خود به پيش مى رود. البته اينشتين اين فرضيه را تاييد نكرد.در هرحال در سال ۱۹۲۰ ادوين هابل با بهره گيرى از ميزان درخشندگى ستارگان متغير، موفق به ايجاد معيارى براى محاسبه فاصله كهكشان ها شد.
هابل دريافت كه هرچه يك كهكشان از زمين دورتر باشد، با سرعت بيشترى از ما فاصله مى گيرد.امروزه معتقديم كه انبساط مذكور، در حقيقت انبساط و گسترش فضا است و نه حركت كهكشان ها در فضا. (مفهومى كه هابل هيچ گاه آن را به طور كامل نپذيرفت)در سال ۱۹۴۸ جورج گاموف و رالف آلفر با بهره گيرى از ايده لومتر و همچنين مشاهدات هابل، نظريه «انفجار بزرگ» خود را ارائه كردند.آنها مدعى شدند كه انفجار كيهانى، موجب تشكيل ماده اوليه اى شده است كه بى نهايت داغ بوده و در ضمن حاوى نوترون ها و پس مانده هاى حاصل از انهدام آنها بوده است.اين ايده عجيب يك پيش بينى قابل آزمايش را در خود نهفته داشت كه براى ساليانى از نظر دور مانده بود:«باقى مانده سرد مهبانگ در قالب تابش ريزموج از زمين قابل آشكارسازى است.» در سال ۱۹۶۴ و ۱۹۶۵ رابرت ويلسون و آرنو پنزياس، دانشمندان لابراتوار اى تى اند تى بل (AT&Tbell) از يك راديو تلسكوپ كه براى دريافت اطلاعات از نخستين ماهواره ارتباطاتى طراحى شده بود، استفاده كردند تا علائم مربوط به تابش فراگير ريزموج را آشكار سازند.
وجود اين پارازيت ، كاملاً مستقل از جهت قرارگرفتن آنتن بود. آن دو مجدداً تلسكوپ را تنظيم و آن را تميز كردند اما سيگنال مذكور همچنان وجود داشت.
اين پارازيت راديويى صرفنظر از اين كه پنزياس و ويلسون تلسكوپ خود را به سوى خورشيد و يا كهكشان راه شيرى نشانه بروند به شكل سابق خود باقى مى ماند و اين مورد بيانگر اين مطلب بود كه تابش موردنظر، منشاء خورشيدى و يا كهكشانى ندارد. پنزياس و ويلسون به زودى دريافتند كه اين پارازيت همان تابش مايكروويو است كه گامو و آلفر پيش بينى كرده بودند.
با توجه به موارد فوق، ديگر انفجار بزرگ مطلبى دور از ذهن نبود.در هرحال نظريه انفجار بزرگ مانند تمامى نظريه هاى عظيم قرون گذشته و احتمالاً تمام نظريه هاى بزرگى كه در آينده ارائه خواهند شد، بيش از آن كه به ابهامات پاسخ روشنى بدهد، سئوالات تازه اى را بر سر راه دانشمندان قرار داد.
در سال ۱۹۹۸ گروه هاى جداگانه اى از ستاره شناسان كه سرپرستى آنها برعهده برايان اشميت (از رصدخانه هاى سايدينگ اسپرينگ و مونت استروملو، واقع در وسترن كريك استراليا) و سول پرلماتر (آزمايشگاه ملى لورنس واقع در بركلى _ كاليفرنيا) بود به ثبت درخشندگى ابرنواخترهاى دوردست پرداختند تا ميزان كندشدن انبساط عالم را محاسبه كنند.هر دو گروه به يافته هايى نائل شدند كه هر جزء آن به نوبه خود به اندازه يافته هاى پنزياس و ويلسون، در رابطه با ريزموج پس زمينه كيهانى غيرمنتظره بود.«كهكشان هاى دوردست كه دربردارنده ابرنواختر هستند با سرعتى كه با گذشت زمان كاهش پيدا كند از ما دور نمى شوند، بلكه اين كهكشان ها با شتاب از ما دور مى شوند.»اين كشف مانند تمامى پيشرفت هاى غيرمنتظره علمى كه در گذشته روى داده است، مجموعه اى از سئوالات را در رابطه با موضوع مورد بحث پديد آورد. معماهايى كه در ذيل مورد بحث قرار خواهند گرفت نشانى از دستاوردهاى سترگ قرن گذشته است و در عين حال ما را آگاه مى سازد كه هنوز راه درازى در پيش داريم.
۱- جهان هستى در چند بعد خلاصه مى شود
فى الواقع به جز در نمايش هاى شعبده بازى هيچ كس يك خرگوش را از يك كلاه خالى بيرون نمى آورد، براى ما كه در جهانى سه بعدى زندگى مى كنيم. مگر نه؟ ولى شايد هم اين طور نباشد. فيزيكدان ها به طور سنتى عالم هستى را با بهره گيرى از چهار بعد ترسيم و تفسير مى كنند: سه بعد فضايى آشنا و ديگرى بعد زمان.مدل مذكور به ما كمك مى كند تا براى همه چيز توضيح و تفسيرى داشته باشيم، از خميدگى نور ستارگان در هنگام عبور از كنار خورشيد گرفته تا شكل گيرى سياهچاله ها. اكنون فيزيكدانان به اين مطلب مى انديشند كه احتمالاً بايد چند بعد فضايى ديگر را به سيستم كنونى بيفزايند.مسئله سلسله مراتب موجبات تحريك فيزيكدانان را فراهم مى سازد. به بيان ساده تر آنان نمى دانند كه چرا نيروى جاذبه گرانشى به شدت از سه نيروى بنيادين ديگر يعنى الكترومغناطيس، نيروى قوى و نيروى ضعيف، ضعيف تر است. دو فيزيكدان به نام هاى ليزا راندال از موسسه فناورى ماساچوست در كمبريج و رامان ساندرام از دانشگاه جان هاپكينز در بالتيمور (مريلند) تفسيرى ارائه كرده اند كه بر طبق آن بعد ديگرى به ابعاد كنونى اضافه مى شود.در مدلى كه آن دو ارائه دادند ما در دنياى چهار بعدى زندگى مى كنيم و ذرات گراويتون كه حامل نيروى گرانشى هستند، در بعدى ديگر واقع اند.اختلافى كوچك در بعد پنجم، ميان اين دو جهان، موجب كاهش چشمگير نيروى گرانشى مى شود.نظريه پردازان تئورى ريسمان حتى از اين هم فراتر مى روند. آنها چهار نيروى بنيادين فيزيك را در يك مدل يازده بعدى يكپارچه مى سازند، كه در آن، حلقه هاى بسيار كوچك و قطعات ريسمانى، بنيادى ترين ذرات هستند.اما حتى خوش بين ترين نظريه پردازان تئورى ريسمان نيز ترديد دارند كه در آينده نزديك بتوانند اين ريسمان ها را مشاهده كنند.نظريه مذكور پيش بينى مى كند كه اين ريسمان ها ۱۰۰ ميليون ميليارد برابر كوچكتر از ريزترين ذرات زيراتمى هستند. (منظور ذراتى است كه توسط نيرومندترين شتاب دهنده هاى ذرات ايجاد شده اند.)اما در اين بين شواهد دال بر بعد پنجم مى تواند بسيار زودتر به دست ما برسد. راندال و ساندرام پيش بينى مى كنند كه شتابدهنده بزرگ هادرون، واقع در جنوا كه قرار است در سال ۲۰۰۷ شروع به كار كند مى تواند انرژى كافى را براى نفوذ يك گراويتون به دنياى ما فراهم سازد.
2- جهان چگونه شكل گرفت
ميان كيهان شناسان بر سر زمان شكل گيرى عالم قابل رويت، اين اجماع وجود دارد كه جهانى كه ما مى توانيم ببينيم، زائيده رويدادى است كه بين ۱۳ تا ۱۴ ميليارد سال پيش اتفاق افتاده است.در مدت يك ميكرو ثانيه پس از واقعه مذكور، عالم آشامه اى (سوپى) بى اندازه داغ بوده كه حاوى كوارك ها و ديگر ذرات عجيب بوده است.
در همان اثنا كه اين سوپ داغ در حال خنك تر شدن بود، كوارك ها متراكم شدند و موجبات تشكيل پروتون ها و نوترون ها و همين طور ذراتى از اين دست منجمله هادرون ها و مزون ها را فراهم كردند.هنگامى كه جهان هستى در زمانى معادل يك ثانيه به بلوغى خاص رسيده بود، ديگر به جز نوترون ها، پروتون ها، فوتون ها، الكترون ها و نوترينوها چيز ديگرى وجود نداشت.مجموعه اى از واكنش هاى هسته اى در دويست ثانيه بعدى، موجبات تشكيل هسته سه عنصر اوليه را كه كوچكترين عناصر هستند فراهم ساخت.
امواج صوتى حاصل از پژواك مهبانگ كه در شرف محو شدن بود در درون سيال بى اندازه داغ و چگال جهان، كه هنوز در نخستين دوره رشد خود بود، مانند موج درون يك درياچه انتشار مى يافت.يك گروه متراكم از الكترون هاى آزاد با بار منفى كه توسط پروتون ها (كه بار مثبت دارند) كشيده مى شدند، با جزر و مد اين سيال همراه مى شدند، در اين مسير فوتون ها در برخورد با ذرات باردار مذكور، جمع آورى و محصور مى شوند.در آن هنگام كه جهان سيصد و هشتاد هزار سالگى خويش را پشت سر گذاشته بود به اندازه كافى سرد شده بود كه اتم ها براى شكل گيرى مجال پيدا كنند.اين اتفاق موجب شد كه فوتون هاى محصور، آزاد شوند و آنگاه روشنايى جهانى هستى را فرا گرفت.فوتون هاى رها شده حامل اطلاعات در رابطه با نوسانات چگالى و دما در عالم نوپا در قالب الگويى از تغييرات درخشندگى بودند.
ستاره شناسان به اين تابش باستانى كه از دوران هاى نخستين حيات عالم بر جاى مانده است (كه البته نخستين بار توسط پنزياس و ويلسون مشاهده گرديد)، عبارت ريزموج پس زمينه اى كيهانى اطلاق مى كنند.
هنگامى كه ستاره شناسان تلسكوپ هاى ريزموج مانند كاوشگر پس زمينه كيهانى و يا جايگزين آن (كاوشگر ناهمسانگردى موج) به نام ويلكينسون را به جهت خاصى نشانه رفتند و آنگاه دماى كهموج زمينه اى كيهانى را محاسبه كردند، تابشى را مشاهده كردند كه دمايى در حدود ۷/۲ درجه سيلسيوس بالاتر از صفر مطلق داشت (يا به عبارتى ۷/۲ درجه كلوين).هنگامى كه جهت مخالف را بررسى كردند مجدداً ۷/۲ درجه كلوين را به دست آوردند. البته نوساناتى هم وجود داشت كه ناچيز بود و در حالت بيشنيه به حدود يك واحد در صدهزار مى رسد.هر انفجارى كه موجبات يكنواختى كنونى عالم را فراهم آورده باشد كيهان شناسان را شيفته خود مى كند. حالتى كه در آن گويى تمامى اجزاى عالم نوپا به يكديگر مرتبط و متصل بوده است.حال سئوال اينجاست كه چنين امرى چگونه امكان پذير است؟آلن گات (۱۹۲۵ م) در حالى كه در اواخر دهه ۷۰ ميلادى بر روى مسئله فوق در حال تفكر و بررسى بود به درك حيرت انگيزى نائل شد كه چنين بود: چه مى شد اگر جهانى كه امروز براى ما رويت پذير است به شكل حباب بسيار كوچك و در عين حال فوق العاده يكنواختى پديدار شده باشد و به ناگاه با چنان سرعتى منبسط شده كه فرصتى براى تغيير و دگرگونى نيافته است.
نظريه تورم گات نه تنها يكنواختى موجود در تابش زمينه كيهانى به ميزان يك واحد از صد هزار را توضيح مى دهد بلكه اين فرض را مطرح مى كند كه وضعيت توده اى مورد نظر خود برخاسته از نوسانات كوانتومى واقع شده در طول مدت تورم است.
كيهان شناسان بر اين امر توافق دارند كه نوسانات بسيار كوچك در عالم نوپا به وسيله نيروى گرانشى تقويت شده است تا توده هاى بزرگى را كه امروزه مشاهده مى كنيم تشكيل بدهد، البته هنوز لازم است كه تمامى جزئيات مورد بررسى و تحليل قرار گيرد.
در ضمن نظريه گات پيش بينى قابل آزمايشى را بيان مى دارد كه چنين است: جهانى كه به صورت حبابى متورم شده است، در اصطلاح كيهان شناختى تخت به نظر مى رسد. تخت به اين معنى است كه در يك فضاى تخت هرگز دو خط موازى يكديگر را قطع نمى كنند حتى اگر آن دو تمامى عالم را بپيمايند. در سال هاى اخير ستاره شناسان با محاسبه اندازه هاى زاويه اى تغييرات تابش زمينه كيهانى كه البته بسيار كم است، بارها (و اكنون در موسسه فناورى ماساچوست) پيش بينى گات را مورد آزمايش قرار داده اند.در هر بار آزمايش، آنان، به نتيجه اى به جز تخت بودن عالم هستى دست نيافتند. مارتين وايت اخترفيزيكدان دانشگاه بركلى (كاليفرنيا) مى گويد: مورد مذكور ساده ترين راه حلى است كه مى توان براى معادله اينشتين ارائه كرد لكن مى تواند جهان را به طور دقيقى توضيح دهد.هيچكس بر اين امر وقوف كامل ندارد كه چه چيزى موجبات پيشروى اين تورم را فراهم كرده است.فيزيكدان ها ليست طويلى از مدل ها را براى عالم در حال انبساط پيشنهاد كرده اند ولى اغلب اين راه حل ها پايه و اساس كاملاً فيزيكى ندارند و براى سهولت كار از يك سرى ملاحظات و حذفيات رياضى نيز در آنها استفاده شده است.
ادوارد راكى كولب، اخترفيزيكدان شتابدهنده فرمى مى گويد: «پس از بررسى تمامى تئورى هاى موجود درباره مبحث تورم و انبساط عالم به اين نتيجه مى رسيم كه هنوز نظريه اى كامل در اين مورد در اختيار نداريم.»
