پارادوكس اولبِرس

در مورد هر جهان نامتناهي، علاوه بر پارادوكس بِنتلي، پارادوكس مهم‌تري نيز وجود دارد.

پارادوكس اولبرس اين سوال را نيز مطرح مي‌كند كه چرا آسمان شب سياه است؟

ستاره‌شناسان قديمي از جمله يوهان كپلر، دريافتند كه اگر جهان يكنواخت و نامتناهي باشد، آنگاه به هر طرف كه نگاه كنيد، نور ناشي از بي‌نهايت ستاره به چشم شما مي‌رسد. با خيره شدن به هر نقطه از آسمان شب، خط ديد ما حتماً با تعداد غير قابل شمارشي ستاره تقاطع پيدا كرده و بنابراين مقدار نامحدودي نور ستاره دريافت مي‌كند. بنابراين آسمان شب بايد مملو از نور باشد!

اين حقيقت كه آسمان شب سياه است و نه سفيد، پارادوكس كيهاني پيچيده و مهمي را ايجاد مي‌كند.

پارادوكس‌ اولبرس ظاهراً ساده است، با اين حال همانند پارادوكس بنتلي، نسل‌هاي متعددي از فيلسوفان و ستاره‌شناسان را درگير خود كرده است. هر دو پارادوكس بر اساس مشاهده استوار شده‌اند كه در جهان نامتناهي، نيروهاي گرانشي و پرتوهاي نوري مي‌توانند هم‌افزايي كنند، تا حدي كه به نتايج نامحدود و بي‌معني منجر شوند. در طول قرن‌ها، پاسخ‌هاي نادرست بي‌شماري ارائه شدند.

كپلر پس از تلاش‌هاي زياد نتيجه گرفت كه چاره‌اي نيست جز اينكه جهان نامتناهي بوده و درون پوسته‌اي محدود شده باشد. به اين ترتيب، تنها مقدار محدودي از نور ستارگان مي‌توانست به چشم ما برسد.

تلاش‌ها براي حل اين پارادوكس چنان گيج‌كننده بود كه طبق مطالعه‌اي در سال 1987، هفتاد درصد كتب درسي رشته‌ ستاره‌شناسيف پاسخ نادرستي به آن داده‌اند.

مي‌توان تصور كرد، نور ستارگان در بين راه، به وسيله‌ي ابرهايي از غبار، جذب مي‌شوند. اين، راه‌ حلي بود كه خود هاينريش ويلهم اولبرس، در سال 1823 در زمان طرح پارادوكس بيان كرد. اولبرس اينگونه نوشت:

««جاي خوشبختي است كه زمين نور ستارگان را از تمام نقاط گنبد آسمان دريافت نمي‌كند! اگرچه حتي در آن صورت،‌با چنان گرما و نور غير قابل تصوري، يعني 90000 بار بيشتر از آنچه ما هم‌اكنون تجربه مي‌كنيم، قادر متعال به راحتي مي‌توانست ارگانيسم‌هايي را طراحي كند كه قادر باشند با چنان شرايط سختي سازگار شوند».

براي اينكه كره‌ي زمين در مقابل پس‌زمينه‌اي به درخشندگي خورشيد، به حمام داغي تبديل نشود، اولبرس پيشنهاد كرد كه احتمالاً بايد ابرهاي از غبار، اين گرماي شديد را جذب كنند تا حيات را بر روي كره‌ي زمين ممكن سازند. به عنوان مثال مركز آتشين كهكشان راه شيري خود ما، كه بايد كاملاً بر آسمان شب حكمفرما باشد، در حقيقت در پس ابرهايي از غبار پنهان است.

با نگاهي به صورت فلكي قوس، جايي‌كه مركز كهكشان راه شيري قرار دارد، نه تنها توپ آتشيني نمي‌بينيم، بلكه در ميان روشنايي خفيف مركز كهكشان، شاهد وجود بخش‌هاي كاملاً تاريكي هستيم.

ولي ابرهاي غبار نمي‌توانند به درستي پارادوكس اولبرس را توضيح دهند. در طول مدت زمان نامتناهي، اين ابرهاي غبار، نور تعداد نامحدودي ستاره را جذب كرده و در نهايت همانند سطح يك ستاره خواهند درخشيد. بنابراين حتي ابرهاي غبار نيز بايد در آسمان شب بدرخشند.

همچنين مي‌توان ادعا كرد كه هرچه ستاره‌اي دورتر باشد، كم نورتر است. اين درست است، ولي نمي‌تواند پاسخ صحيح باشد. اگر به بخشي از آسمان شب بنگريم، ستارگان بسيار دور، واقعاً كم‌ نور ديده مي‌شوند، ولي هرچه دقيق‌تر و عميق‌تر به آسمان نگاه كنيم باز ستارگان بيشتري خواهيم ديد. اگر شدت نور ستارگان با مجذور فاصله كاهش مي‌يابد، در عوض تعداد ستارگان با مجذور فاصله افزايش پيدا مي‌كند. در يك جهان يكنواخت، اين دو اثر دقيقاً يكديگر را خنثي مي‌كنند و آسمان شب بايد هم‌چنان روشن ديده شود.

اما باعث شگفتي است كه نويسنده‌ي آمريكايي داستان‌هاي معمايي، ادگار آلن پو، نخستين كسي بود كه اين پارادوكس را حل كرد.

او كه علاقه‌ي وافري به ستاره‌شناسي داشت، قبل از مرگ، بسياري از مشاهداتش را در شعر فيلسوفانه‌ي خو با نام “اوركا: نثر موزون” منتشر كرد. در فرازي از آن مي‌نويسد:

«« ستارگان بي‌پايان،‌يعني فروغ يكنواخت زمينه آسمان، مانند روشني كهكشان: نيست نقطه‌اي كه نباشد ستاره‌اي در آن. پس چرا در آسمان، مي‌بينيم فضاي تهي در جهات فراوان، دهد اين پاسخ را ژرفاي جهان، نرسيده است هنوز نوري به ما از آن»».

او خاطر نشان كرد كه:  «« زيبايي فوق‌العاده اين ايده، نه به سبب درستي، كه به دليل ضرورت وجودي آن است»».

اين، كليد پاسخ صحيح است. عمر عالم نامحدود نيست. جهان آغازي دارد. براي نوري كه به چشم ما مي‌رسد، مرزي وجود دارد. نور دورترين ستارگان، هنوز وقت كافي براي رسيدن به چشمان ما نيافته است.

كيهان‌شناسي با نام ادوارد هريسون، كسي كه براي اولين بار دريافت كه آلن‌پو پارادوكس اولبرس را حل كرده است،‌مي‌نويسد:

«« زماني‌كه من اولين بار شعر پو را خواندم، متحير شدم. چگونه يك شاعر كه در بهترين حالت مي‌تواند يك دانشمند آماتور باشد،‌ توانسته بود 140 سال پيش، به توضيح صحيح اين پارادوكس دست يابد، درست زماني‌كه در دانشگاه‌هاي ما، توضيحات نادرست … هنوز تدريس مي‌شود»».

در سال 1901، فيزيك‌دان استكاتلندي لُرد كلوين، نيز موفق به يافتن پاسخ صحيح گرديد. او دريافت كه زماني‌كه شما به آسمان شب مي‌نگريد، شاهد چيزي هستيد كه در گذشته اتفاق افتاده است و نه آنچه هم‌اكنون هست. زيرا سرعت نور، اگرچه در مقياس زميني بسيار زياد است، اما به هر حال محدود است و براي رسيدن نور از ستارگان دوردست به زمين، زمان لازم است.

كلوين محاسبه كرد كه براي اينكه آسمان شب درخشان باشد، جهان بايد صدها تريليون سال نوري گستردگي داشته باشد. ولي از آنجا كه جهان تريليون‌ها سال عمر ندارد، بنابراين آسمان ضرورتاً سياه خواهد بود.

(دليل ديگري نيز براي سياه بودن آسمان شب وجود دارد و آن مدت عمر محدود ستارگان است كه در مقياس چند ميليارد سال است).

امروزه با استفاده از ماهواره‌هايي همچون تلسكوپ فضايي هابل، تعيين صحت پاسخ پو، از طريق تجربي امكان‌پذير شده است. اين تلسكوپ‌هاي قدرتمند به ما امكان مي‌دهند به سؤالاتي پاسخ دهيم كه حتي گاهي كودكان نيز مي‌پرسند: دورترين ستاره‌ها كجا هستند؟ و چه چيزي فراتر از دورترين ستاره قرار دارد؟

براي پاسخ به اين سؤالات، ستاره‌شناسان تلسكوپ فضايي هابل را به‌گونه‌اي برنامه‌ريزي كرده‌اند تا وظيفه‌اي تاريخي را به انجام رساند: تهيه‌ي عكسي از دورترين نقاط جهان. اين تلسكوپ، براي جمع‌آوري تابش فوق‌العاده ضعيف از دورترين گوشه‌ي جهان، بايد عملياتي بي سابقه را انجام مي‌داد:

نشانه‌گيري دقيق يك نقطه در صورت فلكي جبار، به مدت مجموعاً صدها ساعت، كه لازمه‌ي آن حفظ تنظيم تلسكوپ در طول چهارصد بار گردش به دور زمين بود. اين پروژه به قدري پيچيده بود كه انجام آن چهار ماه به طول انجاميد.

در سال 2004، انتشار عكس حيرت‌آوري كه هابل تهيه كرده‌ بود، سرخط اخبار روز دنيا را به خود اختصاص داد. اين عكس، مجموعه‌اي از ده هزار كهكشان نوزاد را نشان مي‌دهد كه هنگام فروكش‌كردن آشفتگي پس از انفجار بزرگ، شكل گرفته‌اند.

آنتوان كوكمور از انستيتوي علمي تلسكوپ فضايي، اظهار كرد:

«« ما احتمالاً پايان آغاز را ديده‌ايم.»»

اين عكس توده درهمي از كهكشان‌هاي نوزاد را نشان مي‌دهد كه بيش از 13 ميليارد سال نوري از زمين فاصله دارند، يعني 13 ميليارد سال طول كشيده تا نورشان به زمين برسد. از آنجايي كه عمر جهان نزديك به 13/8 ميليارد سال است، اين بدان معنا است كه آن‌ها تنها در حدود نيم‌ ميليارد سال پس از خلقت شكل گرفته‌اند. زماني‌كه اولين ستاره‌ها و كهكشان‌ها با شروع تراكم در مخلوطي از گازهاي باقي مانده از انفجار بزرگ ايجاد شدند.

ماسيمو استيو اوِلي، ستاره‌شناس انستيتوي تلسكوپ فضايي گفته است:

«« هابل ما را به نزديكي خود انفجار بزرگ برده است.»»

حال سوالي مطرح مي‌گردد:

چه چيزي در وراي دورترين كهكشان‌ها وجود دارد؟ با دقت در عكس گرفته شده توسط هابل، آن چيزي كه به وضوح ديده مي‌شود اين است كه بين كهكشان‌ها را تنها تاريكي پر كرده است. اين سياهي، همان چيزي است كه باعث مي‌شود آسمان شب سياه به نظر برسد. به عبارت ديگر، همان نقطه‌ي نهايي، براي رسيدن نور ستارگان دوردست به ماست.

به هر حال اين سياهي، به نوبه‌ي خود در حقيقت تابش ريزموج زمينه‌ است.

بنابراين پاسخ نهايي به اين سؤال كه چرا آسمان شب سياه است، اين مي‌باشد كه آسمان شب در واقع اصلاً سياه نيست.

اگر چشمان ما به گونه‌اي مي‌توانست تابش ريزموج زمينه را مشاهده كند و نه فقط نور مرئي را، ما تابش ناشي از خود انفجار بزرگ را كه تمام آسمان شب را پر كرده است، مي‌ديديم. تابشي كه فضاپيماي WMAP، آن را به زيبايي به تصوير كشيده است.

تابش ناشي از انفجار بزرگ،‌ هر شب در آسمان، بالاي سر ما قرار دارد.

اگر ما چشماني داشتيم كه قادر به ديدن ريزموج‌ها بود، مي‌توانستيم فراتر از دورترين ستاره‌ها، شاهد لحظه‌ي پيدايش جهان باشيم.

 اگر در وب سايت يوتيوب جستجو كنيد، ويدئوهاي بسياري از پارادوكس اولبرس خواهيد يافت اما مي‌توانيد براي راحتي به اين دو ويدئو مراجعه كنيد:

http://www.youtube.com/watch?v=TFwtJC9_dXs

http://www.youtube.com/watch?v=0USMjYfkRxs

همچنين براي اطلاعات بيشتر در زمينه تابش كيهاني، مي‌توانيد به اين مقاله سري بزنيد:

سن جدید کیهان: 13.82 میلیارد سال!

ادامه دارد …

منبع: كتاب جهان‌هاي موازي، نوشته‌ي ميچيو كاكو

لینک قسمت اول