مرزهای جهان
مرزهای جهان
کلمه‌ی جهان برای مشخص کردن کل فضا و تمام محتوای آن بکار می‌رود و کیهان‌شناسی به مطالعه‌ی کل جهان اطلاق می‌شود.
جهان موردبحث در کیهان‌شناسی عبارت است از انبوهی کهکشان، مواد میان کهکشانی و نور.
تلاش کیهان‌شناسان برای شناخت گوشه ای از ماهیت و سرگذشت جهان به نتایج رضایت‌بخش منجر شده است. در این مطلب دو سیمای بزرگ مقیاس جهان موردبحث قرار می‌گیرند که غالبا تفکیک‌ناپذیرند و تجسم آنها با اشکال روبرو است.
یکی از پرسش‌های کلیدی در کیهان‌شناسی این است که آیا می‌توان برای جهان مرزی قایل شد؟
یعنی آیا جهان لبه یا کرانه‌ای دارد که در آن به انتها می‌رسد؟
در اینجا باید دو نوع مرز متفاوت را از هم باز شناخت: مرز مشاهده‌ای و مرز هندسی.
مرز مشاهده‌ای وابسته به کارایی ابزارهای نجومی است. این مرز حالت پایدار ندارد زیرا هر سال که می‌گذرد تلسکوپها و دیگر ابزارهای نجومی پیشرفته‌تر می‌شوند و گستره‌ی مشاهدات انسان بسط می‌یابد. تلسکوپ 220 اینچی مونت پالومار از ابزارهایی است که
مخصوصا برای کاوش حوزه‌های بسیار دور جهان طراحی شده است.علاوه بر آن تلسکوپ‌های رادیویی غول‌پیکر و نیز روش‌های مطالعه‌ی جهان هر لحظه دیدگاه‌های جدیدی می‌گشایند و منجر به کشف اجرام بسیار دور می‌شوند. حدود هر پنج سال پیشرفت تکنولوژی افق دید ما را دوبرابر می‌کند.
مرز هندسی تفاوت کیفی با مرز مشاهده‌ای دارد. آن نه از جانب محدودیت توانایی بشر در کاوش جهان اعمال می‌شود و نه یک محدودیت فیزیکی است. بلکه هندسه‌ی جهان به نحوی است که خود به خود باعث پیدایش این مرز می‌شود. منظور از هندسه‌ی جهان آن است که کدامین نحوه‌ی نگرش هندسی می‌تواند با شکل واقعی فضای جهان مطابق باشد. برای مثال دیدگاه نیوتونی که بر مبنای هندسه‌ی اقلیدسی شکل گرفته است جهان را نامحدود و بی‌مرز می‌داند.
ولی پیش‌بینی‌هایی که بر مبنای فرضیه‌ی کیهانشناختی نیوتون شکل می‌گیرد با مشاهدات انجام یافته موافقت نمی‌کند. اندازه‌گیری‌هایی که اخیرا از سرعت و درخشندگی بسیاری از کهکشان‌ها، به عمل آمده است عدم دقت فرضیه‌ی نامحدود نیوتن را نشان می‌دهد.
اقلیدسی بودن هندسه‌ی جهان صرفا مطابق با احساس ما است. ولی با این فرض که شکل جهان مطابقت کاملا دقیق با احساس ما ندارد می‌توان از مشکلات موجود در دیدگاه نیوتن اجتناب کرد.
بر این مبنا لباچوسکی ریاضیدان روسی اصل اقلیدس را در مورد خطوط موازی رد کرد و هندسه‌ای جدید متولد شد. بنابر اصل پنجم اقلیدس دو خطوط موازی و مستقیم اگر تا بینهایت هم امتداد یابند هیچگاه همدیگر را قطع نمی‌کنند و فاصله‌بشان همواره ثابت می‌ماند.
لباچوسکی با رد این اصل اصل بسیار منعطف‌تری را پیش کشید: دو خطوط موازی می‌توانند همگرا یا واگرا باشند این اصل شالوده‌ی هندسه‌ی جدیدی را پی‌ریزی می‌کند که درست همانند هندسه‌ی اقلیدسی منطقی و برخوردار از ثبات و استواری است.
کیهان‌شناسی اینشتین بر پایه‌ی این هندسه‌ی غیراقلیدسی است و در آن حجم جهان محدود تلقی می‌شود. برای استنتاج جهان محدود از نظر حجم دوباره به فرضیه‌ی خطوط موازی برمی‌گردیم.
طبق هندسه‌ی کروی خط مستقیمی که تا بینهایت ادامه می‌یابد نهایتا به نقطه‌ی آغاز برمی‌گردد یعنی اگر شخصی سوار بر یک سفینه‌ی فضایی و در جهتی مفروض و در راستای خطی مستقیم پرتاب شود سرانجام از جهت مخالف به نقطه‌ی پرتاب باز خواهد گشت. به بیان دیگر خط مستقیم با شعاع مشخص انحنا می‌یابد و این شعاع نشانگر
اندازه‌ی جهان است. این نوع جهان فاقد کرانه و فضای خالی خواهد بود و کهکشان‌ها و ستارگان با توزیع همگن کل آن را خواهند پوشاند. ولی در عین حال تعداد محدودی ستاره و کهکشان در حجم محدود آن وجود خواهند داشت. بنابراین هندسه‌ی غیر اقلیدسی تنها طریق ممکن تبیین جهانی است که بر آن محدودیتی قایل می‌شویم.
تصور این هندسه و هندسه‌های مشابه آن که ویژگیهای مخصوصی دارند بسیار مشکل و حتی غیرقابل حصول است. زیرا تفکر در قالب‌های فضای اقلیدسی جزو عادات ما است. در تاریخ علم نمونه‌های زیادی از این موارد دیده می‌شود. فرضیه‌ی مسطح بودن زمین قرن‌ها اندیشه‌ی مردم را تسخیر کرده بود و هنگامی که دانشمندی معتقد به کرویت زمین اظهار می‌کرد که اگر به طرف غرب سفر کنیم از شرق سربرمی‌آوریم مورد قبول واقع نمیشد. در نظر مردم زمین مسطح می‌نمود و هر فکری خلاف آن غیرطبیعی و نامعقول بود. درست به همین شکل اقلیدسی بودن جهان برای ما معقول و تصور هندسه‌ی دیگری برای جهان غیرطبیعی است. همان‌گونه که اکنون به گرد بودن زمین
اعتقاد داریم و می‌دانیم که در سطح آن انتها و لبه‌ای وجود ندارد و مساحت آن محدود است در نظر اینشتین نیز جهان کروی و فاقد لبه و انتها است و جرم محدودی دارد. فقط اختلاف بر سر این است که در مورد زمین از انحنای دو بعدی سخن می‌رود. در حالی که اینشتین فضای سه‌بعدی را مطرح می‌کند. از جانب دیگر گرد بودن زمین بارها و به روش‌های گوناگون اثبات شده است ولی هنوز کسی عدم انحنا در فضای جهان را اثبات نکرده است.
زمان
هنگام رصد اجرام آسمانی شاهد نور و امواجی هستیم که از بخش‌ها و فواصل مختلف جهان به ما می‌رسند. ولی از آنجا که این فواصل را نور در یک آن و بلا فاصله طی نمی‌کند از این رو آنچه ما در دوردست‌های جهان می‌بینیم نمایانگر حالت فعلی آنها نیست بلکه حالتی است که سالها پیش داشته‌اند. هرچه فواصل زیادتر باشد نور زمان بیشتری
برای سیر نیاز دارد و در نتیجه حامل اطلاعاتی از وضعیت قبلی‌تر جرم آسمانی است. دورترین کهکشان‌هایی که تلسکوپ ها قادر به بررسی آنها هستند در حالتی دیده می‌شود که میلیاردها سال پیش داشته است.
تصویری که ما از جهان داریم همانند یک عکس فوری نیست و در آن وضعیت کنونی جهان نقش نبسته است بلکه حالات و حوادث آن را مانند یک سان تاریخی از آغاز تا حال نشان می‌دهد.
برای مثال هنگام ترسیم وضعیت یک کهکشان که در فاصله‌ی بسیار زیادی قرار دارد باید تصحیحاتی در مورد مسیله زمان به عمل آورد و کیفیت کنونی آن را محاسبه کرد. برای این کار آگاهی از سیر تکاملی کهکشان‌ها لازم است. مثلا نور کهکشانی که 4 تا 5 میلیارد سال پیش گسیل شده است (نوری که فعلا از آن دریافت می‌کنیم) حامل اطلاعاتی از کیفیت کنونی کهکشان نیست و در نتیجه تغییرات احتمالی در کهکشان
را شامل نمی‌شود تغییراتی که از آن زمان تا حال به وقوع پیوسته است پس باید در محاسبات کیهانشناختی تغییرات تکاملی در نظر گرفته شوند.
از جنبه‌ی دیگر مساله‌ی زمان به یک پارادوکس بزرگ منجر می‌شود در بحث پیش گفتیم که آنچه فعلا در جهان می‌گذرد بر ما پوشیده است.
زیرا کسب اطلاعات از نقاط مختلف جهان سریع‌تر از سرعت نور امکان‌پذیر نیست. ولی نطریه‌ی نسبیت برای کنکاش مساله طریقه‌ای دیگر نیز مطرح می‌کند.
فرض کنید روزی به ساختن سفینه‌ای موفق شویم که سرعت آن تقریبا معادل سرعت نور باشد و در آن چند اخترشناس را به کهکشانی دوردست مثلا در فاصله‌ی دو میلیون سال نوری روانه کنیم طبق نظریه‌ی نسبیت خاص در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور سیر زمان کندتر صورت می‌گیرد پس برای اخترشناسان خیالی ما هم طی کردن این مسیر
طولانی چند هفته بیشتر طول نخواهد کشید در حالی که همکاران زمینی آنها برای ارسال یک دسته پرتو (یا پیام رادیویی ) به این کهکشان دو میلیون سال وقت لازم دارند. بنابراین مسافران این سفینه بسیار زودتر از خویشان زمینی از وضعیت کهکشان با خبر خواهند شد ولی اگر بخواهند از طریق پیام رادیویی یافته های خود را به زمین مخابره کنند باز دو میلیون سال طول خواهد کشید.اختر شناسان تصمیم می گیرند که این یافته‌ها را همراه خود به زمین بیاورند. آنها سرعت سفینه را به سرعت نور می‌رسانند و دوباره این مسافت زیاد را در حدود چند هفته طی می‌کنند به امید آنکه خبرهای جدید را به اطلاع همکاران خود برسانند اما متاسفانه می‌بینند که خبری از آنها نیست. زیرا گذشت زمان در زمین روال طبیعی خود را داشته و در مدت رفت و برگشت آنها چهار میلیون سال و چند هفته سپری شده است.
گاهی این مساله را پارادوکس دوقلوها می‌دانند در صورتی که یک پارادوکس حقیقی نیست. زیرا اگر چه تناقضی در وضعیت دوقلوها که (یکی در زمین و دیگری در مسافرت است) به وجود می‌آید ولی با قوانین شناخته شده‌ی طبیعت و خود نظریه‌ی نسبیت تناقضی ندارد.
منبع: کتاب ساختار ستارگان و کهکشان‌ها
مرتضی نادری فرد
جهان تویی و هر چه هست نهان نهان چه داند که چیست جهان