بیگ بنگ: یک سوال بزرگ هستی به سادگی این است: وسعت آن چقدر است؟ منظور از “آن” هر چیزی است که وجود دارد. تمام چیزهایی که وجود دارد. ابعاد فیزیکی هر آن چیزی که هست چیست؟

به گزارش بیگ بنگ، مکانی برای شروع، اندازه‌ی جهانی است که خود را در آن می‌یابیم. طبق یکی از مدل‌های آلن گوت جهان پاکتی‌ ما احتمال دارد حداقل ۱۰ به توان ۲۳ بار بزرگ‌تر از جهان قابل‌مشاهده‌ی ما باشد( چون برای اینکه نظریه‌ی تورم کار کند نیاز دارد اندازه‌ی جهان، حداقل ۱۰۰ برابر شود. ۲ به توان ۱۰۰ مساوی است با تقریبا ۱۰^۳۰). این بدان معنی است که جهان پاکتی که آن را خانه می‌نامیم ۱۰۰ میلیارد تریلیون بار بزرگ‌تر از هر چیزی است که می‌توانیم با بزرگ‌ترین تلسکوپ‌هایمان مشاهده کنیم.

گوت می‌گوید بنابراین وسعت عظیم جهان قابل‌مشاهده‌ی ما چیزی جزء لکه‌ای ناچیز درون جهان پاکتی در حال تورم‌مان نیست و خود این جهان هم یک جهان پاکتی در میان تعداد بی‌شمار یا حتی نامحدودی از جهان‌های پاکتی دیگر است. وقتی برای اولین بار فهمیدم که چطور تورم کیهانی به طرز باشکوهی اندازه‌ی چندجهانی را افزایش داد و کل کیهان به چه طرز غیرقابل‌اظهاری وسیع است بسیار دلسردکننده و ترسناک بود. هنوز می‌توانم شوک وارده را درون خود احساس کنم. این اتفاق در اواخر دهه‌ی ۱۹۹۰ افتاد، وقتی داشتم خودم را برای اولین مصاحبه‌ی برنامه‌ام با آندری لینده آماده می‌کردم.

در مطالعه‌ی مقالات لینده در باب تورم بی‌نظم کیهانی(قسمت‌هایی که می‌توانستم درک کنم) دائماً به اعداد بسیار بزرگی بر می‌خوردم که او داشت برای نشان دادن اندازه‌ی جهان استفاده می‌کرد- ولی اغلب هیچ واحد اندازه‌گیری‌ای را برای این اعداد مشاهده نکردم. گیج شده بودم: فکر می‌کردم اندازه همیشه به یکا نیاز دارد. می‌فهمیدم که بسیاری از اعداد بزرگ به اندازه‌ی جهان فعلی ما مربوط بود ولی وسعت جهان فعلی ما چقدر است؟ به خاطر محدودیت سرعت نور و حرکت آن از زمان بیگ بنگ نمی‌توانیم تمام جهان را ببینیم. به واحدهایی برای تمام این اعداد نیاز داشتم تا بتوانم درکی از اندازه‌ی واقعی تصویر چندجهانی لینده(در مدل‌های مختلف) به دست بیاورم.

لینده داشت درباره‌ی سانتی‌متر صحبت می‌کرد یا کیلومتر؟ یا از این باب راجع به نانومتر( ۱۰ به توان ۹-) یا کیلوپارسک( ۳.۲۶۲ سال نوری)؟ به نظر غیرممکن می‌رسید که اندازه‌ی اصلی را تنها با یک عدد بدون واحد توصیف کرد. چرا لینده با استفاده نکردن از واحدها داشت مرا می‌ترساند؟ ناگهان به ذهنم خطور کرد. واحدها اهمیتی ندارند! این خلاف‌شهود به نظر می‌رسد: چطور می‌شود تفاوت بین نانومتر و کیلوپارسک اهمیتی نداشته باشد؟ بدتر از این هم می‌شود. کوچک‌ترین و بزرگ‌ترین اندازه‌های شناخته شده را مقایسه کنید: طول پلانک که حدودا ۱۰ به توان منفی ۳۵ متر است( یک پروتون در حدود ۱۰ میلیون تریلیون بار بزرگ‌تر از طول پلانک است) و قطر جهان قابل‌مشاهده که حدوداً ۱۰ به توان ۲۷ متر است. تفاوت بین این کوچک‌ترین و بزرگ‌ترین واحدهای اندازه‌گیری بالقوه حدوداً ۱۰ به توان ۶۲ مرتبه‌ی بزرگی است- ولی وقتی این واحدها را با اعداد لینده مقایسه می‌کنیم حتی این دامنه‌ی غول‌آسا هم اساساً به صفر کاهش پیدا می‌کند.

این چیزی است که لینده به من گفت:« اگر داریم راجع به ساده‌ترین مدل‌های تورم صحبت می‌کنیم توقع می‌رود اندازه‌ی جهان حداقل چند مرتبه‌ی بزرگی بزرگ‌تر از چیزی که الان می‌بینیم باشد ولی به راحتی نمی‌توان توضیح داد که چرا تنها چند مرتبه‌ی بزرگی بزرگ‌تر از چیزی که الان می‌بینیم است. در گذشته از برآورد ۱۰ به توان ۱۰ به توان ۱۲ استفاده می‌کردم ولی اگر این یک جهان خودتولیدمثل‌کننده و در حال انبساط ابدی است پس به احتمال زیاد نامحدود است.» ( لینده اظهار داشت که « هر نوع برآوردی بسیار خام بوده و به مدل‌ها بستگی دارد.»)

بیایید عدد محدود ۱۰ به توان ۱۰ به توان ۱۲ لینده را در نظر بگیریم. چون ۱۰ به توان ۱۲ مساوی با ۱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰ یا ۱ تریلیون است، عدد ما به این صورت خواهد بود: ۱۰^{۱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰}. این عدد یعنی یک تریلیون مرتبه‌ی بزرگی؛ یک تریلیون به صورت متوالی(consecutive) ضربدر ۱۰ شود. در مقایسه حتی فاصله‌ی وسیع بین طول پلانک و قطر جهان قابل‌مشاهده( ۶۲ مرتبه‌ی بزرگی) بی‌معنا می‌شود! این تفاوت بین ۶۲ و ۱ تریلیون نیست( که حتی خود آن هم مشخصاً بسیار بزرگ است). این تفاوت بین ۶۲ و ۱ تریلیون مرتبه‌ی بزرگی است. تفاوت بین ۶۲ بار ضرب آن در ۱۰ و ۱ تریلیون بار ضرب آن در ۱۰ است. یعنی این تفاوت بین ضرب دنباله‌ای ۱۰ از ۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۳۸ است. به همین خاطر است که عدد لینده برای وسعت یک جهان در حال انبساط بی‌نظم ابدی به هیچ واحد اندازه‌گیری‌ای نیاز ندارد. یکاها هیچ چیزی به معنایش اضافه نمی‌کند. وسعت کیهان بسیار عظیم است.

انواع چندجهانی‌

اکثر دانشمندان از تورم کیهانی پشتیبانی می‌کنند چون می‌تواند خاستگاه و ساختار کیهان ما را حساب کرده و چندین مسئله‌ی عمیق را توضیح دهد. “سر مارتین ریس” اخترشناس سلطنتی بریتانیا چندجهانی را “علم نظرپردازانه و کمی دور از متافیزیک” می‌نامند. او می‌گوید اطمینان دارد که واقعیت فیزیکی بسیار بیشتری نسبت به قلمروی عظیمی که از طریق تلسکوپ‌هایمان می‌بینیم وجود دارد و می‌گوید:« اگر جهان هزاران برابر چیزی که ما می‌توانیم ببینیم نباشد» بسیار متعجب خواهد شد. ولی سوالات بی‌پاسخی وجود دارد و ریس دو تا از مهم‌ترین آنها را در میان می‌گذارد:« اول اینکه آیا بیگ بنگ تنها یکی بوده است؟ و دوم اینکه اگر بیگ بنگ‌های متعددی وجود دارد، آیا همگی از یک سری قوانین فیزیک یکسان تبعیت می‌کند؟»

ریس می‌گوید:« گزینه‌ی شگفت‌انگیز این است که قوانین فیزیکی متفاوتی بر جهان‌های دیگر حاکم باشد. شاید فضا متفاوت باشد. شاید گرانش متفاوت باشد. شاید اتم‌ها متفاوت باشد. این بدان معنی است که واقعیت از تمام جهان‌هایی تشکیل می‌شود که قوانین متفاوتی بر آنها حاکم است و تنها زیرمجموعه‌ی بسیار کوچکی از آنها قوانینی دارد که اجازه‌ی رشد پیچیدگی را می‌دهد. اکثر جهان‌ها عقیم و نازا خواهد بود چون برای مثال گرانش آن‌قدر شدید خواهد بود که نخواهد گذاشت ساختارهای پیچیده یا اتم‌ها پایدار بماند.»

ریس می‌گوید قطعا اگر بیگ بنگ‌های متعددی قوانین فیزیکی متعدد عظیمی را تولید کند آن‌وقت تنها داستان‌های علمی‌-تخیلی می‌تواند تمام اتفاقاتی که احتمال دارد بیافتد را توصیف کند. ویلکنین هم اشاره می‌کند:« این حباب‌های تورمی یا جهان‌های پاکتی با سرعت‌هایی نزدیک به نور منبسط می‌شود، بنابراین احتمالا نمی‌توانیم به جهان‌های دیگر سفر کنیم. برای اهداف عملی، هر کدام از این جهان‌‌حباب‌های تورمی واحدی مجزا و خودکفا است و می‌تواند به طور کلی مشخصات فیزیکی متفاوتی داشته باشد.»

ساسکیند می‌گوید:« چیزی که نظریه‌ی ریسمان در میان می‌گذارد چیزی در حدود تعداد احتمالات است ولی اعدادش بسیار بسیار بزرگ‌تر از تعداد اتم‌های جهان است- عدد ۱۰ به توان ۵۰۰ چیزی است که از اینور آنور شنیده می‌شود. این بدان معنی نیست که ۱۰ به توان ۵۰۰ جهان پاکتی متفاوت وجود دارد بلکه ۱۰ به توان ۵۰۰ نوع متفاوت از آنها در یک “چشم‌انداز” نظریه‌ی ریسمان است و هر کدام بارها و بارها تکرار می‌شود. بنابراین از یک طرف، نظریه‌ی ریسمان به شما قیاس تعداد متفاوت روش‌های بازآرایی یک مولکول دی‌ان‌ای را می‌دهد. از طرف دیگر چیزی که نظریه‌ی تورم کیهانی به شما می‌دهد این است که چطور این جهان‌های متفاوت را به وجود می‌آورید.»

ویلکنین می‌گوید:« به همین خاطر است که یک چندجهانی از حباب‌ها یا جهان‌های پاکتی بی‌شمار، می‌تواند تعداد بسیار متنوعی از مشخصات فیزیکی را داشته باشد. مشخصه‌ای از تورم این است که چشم‌انداز کامل این احتمالات یا “خلاء‌ها” را بررسی می‌کند چون مکانیک کوانتوم اجازه‌ی تونل‌زنی از درون موانع انرژی را به کمینه‌های دیگر می‌دهد. به علاوه مکانیک کوانتوم به ما می‌گوید که آیا یک گذار بین دو کمینه توسط یک قانون کاملاً ممنوع است یا نه، سپس به طور اجتناب‌ناپذیری باید رخ دهد. این بدان معنی است که تمام گذارهای امکان‌پذیر بین تمام حالت‌های امکان‌پذیر باید اتفاق بیافتد.»

تصویری بسیار شگفت‌انگیز است. نظریه‌ی ریسمان چشم‌انداز تمام قوانین مجاز فیزیک و تورم کیهانی ساز و کار مورد نیاز برای تولید جهان‌های واقعی و اشغال کردن آن چشم‌انداز را فراهم می‌کند. این بدان معنی است که برای هر جهان پاکتی، نظریه‌ی ریسمان مجموعه‌ی بخصوصی از قوانین فیزیک را فراهم می‌کند. کوچک‌ترین ساختارها بزرگ‌ترین ساختارها را تعیین می‌کند.

سطوح چندجهانی

مکس تگمارک، کیهان‌شناس دانشگاه MIT، پا را فراتر گذاشته و چهار نوع چندجهانی‌که احتمال دارد وجود داشته باشد را متصور می‌شود و به آن « سطوح» می‌گوید:

• سطح ۱: فضای جهان ما به فراسوی چیزی که می‌توانیم ببینیم می‌رود و شاید برای همیشه ادامه داشته باشد که این یعنی نواحی نامحدود متعدد دیگری در جهان پاکتی ما وجود دارد، نواحی‌ای مثل جهان قابل مشاهده‌ی ما که در آنها قوانین فیزیک یکسان است.

• سطح ۲: نواحی نامحدود متعدد دیگری در فضا- زمان یکسان مثل جهان ما وجود دارد ولی به طور دائمی از جهان پاکتی ما جدا شده‌ و هر کدام قوانین فیزیکی خاص خود را دارد، این سطح توسط تورم بی‌نظم ابدی لینده و به صورت بالقوه چشم‌انداز نظریه‌ی ریسمان توصیف می‌شود.

• سطح ۳: نوعی از فضا وجود دارد که با فضا- زمان جهان ما متفاوت است( که فضای هیلبرتی نام دارد و بی‌نهایت بعد داشته و انتزاعی است) که در آن قوانین مکانیک کوانتوم از طریق انشعاب‌های بی‌شمار جهان‌های متعددی را تولید می‌کند. (این براساس جدی‌گرفتن تابع موج کوانتوم به دست می‌آید که دامنه‌ی احتمال حالت کوانتومی سامانه است.) جهان با هر تیک تاک زمان، به واقعیت‌های کاملاً جداگانه و متفاوتی انشعاب پیدا می‌کند، چه در هر زمان پلانک که ۱۰ به توان منفی ۴۳ است( زمانی که طول می‌کشد فوتونی که با سرعت نور حرکت می‌کند یک طول پلانک را بپیماید ۱۰ به توان منفی 35 متر باشد) یا در هر لحظه از زمان که یک مشاهده انجام می‌شود. این جهان‌های کاملاً مجزا برحسب نوع فضای ما خیلی هم دور نیستند( به نوعی آنها همین‌جا هستند) ولی به طور وسیعی به این فضاهای(‌ هیلبرت) متفاوت انشعاب می‌یابند. این سطح تفسیر « دنیاهای چندگانه» از مکانیک کوانتومی است که توسط فیزیکدان تقریباً ناشناخته‌ی آن زمان، هیو اورت در سال ۱۹۵۷ طراحی شد و حالا از داشتن اعتبارپذیری جدید لذت می‌برد.)

• سطح ۴: تگمارک ادعایی شگفت‌انگیز می‌کند و می‌گوید سامانه‌ی ریاضیاتی سازگار، نوعی دنیا یا جهان موجود را توصیف می‌کند. او به من گفت:« به نظر عجیب است که اگر نوعی عدم‌تقارن بنیادی درون ریاضیات وجود داشته باشد، به طوری که بعضی از معادلات حق توصیف یک جهان فیزیکی را داشته و باقی آنها نداشته باشند. حدسم این است که تمام ساختارهای ریاضیاتی که ریاضیدانان بتوانند آن را مطالعه کنند هم همین حق را داشته و نوعی جهان فیزیکی را توصیف می‌کند. فکر می‌کنم دلیلی که طبیعت این‌قدر به خوبی توسط ریاضیات توصیف می‌شود این است که از لحاظی بسیار عمیق، طبیعت واقعاً همان ریاضیات است.»

تمام این جهان‌ها بالاتر از حد تصور و تخیلات ما، بزرگ و وسیع است ولی آیا واقعاً آنها به معنای واقعی کلمه نامحدود بوده و هیچ پایان و مرزی ندارد؟ همان‌طور که لینده اخیراً به من گفت:« زیرکانه است. فرض کن یک حباب از یک خلاء جدید در یک فضای دائماً منبسط شونده درست شده است- تصوری معیار( استاندارد) در تورم بی‌نظم ابدی و چشم‌انداز نظریه‌ی ریسمان( سطح ۲). سپس، از بیرون، هر کدام از این نوع حباب‌ها مثل حباب محدودی است که به صورت نامحدود در زمان رشد می‌کند. ولی از درون شبیه یک جهان باز نامحدود است. البته منظورمان از “شبیه” این است که کسی دارد نگاه می‌کند ولی هیچ‌کس نمی‌تواند یک جهان نامحدود را مشاهده کند.»

سطح ۱ تگمارک تقریبا توسط کل کیهان‌شناسان مورد قبول واقع شده است( یعنی فضا در جهان ما به فراسوی چیزی می‌رسد که می‌توانیم با بهترین تلسکوپ‌هایمان مشاهده کنیم)؛ سطح دومش‌اش به “مدل استانداردی” از کیهان‌شناسی تبدیل شده است(‌ یعنی تورم کیهانی گوت منجر به تورم بی‌نظم ابدی می‌شود و دائما و به صورت ابدی جهان‌های پاکتی گسسته‌ای را تولید می‌کند)؛ سطح سوم‌اش نظری و بحث‌برانگیز است(یعنی انشعاب کوانتومی)؛ و سطح چهارم‌اش فردویژه(idiosyncratic) است ولی به دنبال حقایق عمیق هستی می‌گردد( یعنی واقعیت، ریاضیاتی است).

تمام اینها نشان می‌دهد دانش ما از کیهان چقدر وسیع و سریع توسعه پیدا کرده است: تولید جهان‌های چندگانه با تورم ابدی، نظریه‌ای که در چهار دهه‌ی اخیر طراحی و بسط یافته حالا به مدل استاندارد کیهان‌شناسی تبدیل شده است. از استیون واینبرگ بنیان‌گذار مدل استاندارد فیزیک ذرات درباره‌ی انواع دیگر جهان‌های چندگانه پرسیدم. او گفت:« یک احتمال دیگر وجود دارد که تصورش نسبتاً آسان است. بیگ بنگ یک قسمت است و شاید بعد از آن یک سری بنگ‌های دیگر وجود داشته باشد( یا قبل از آن وجود داشته است) و جهان‌مان گذاری به گونه‌ی متفاوتی از جهان در حال انبساط انجام خواهد داد و ما تنها در یک عصر بخصوص زندگی می‌کنیم.

واینبرگ ادامه داد:« هنوز احتمالات دیگری هم وجود دارند که پیچیده‌تر هستند. مکانیک کوانتوم می‌تواند در کل این ساختار به کار برده شود. چون کوانتوم‌های بنیادی در مکانیک کوانتوم ذره‌ی منفرد یا توپ بیلیارد نیست اما چیزی است که “تابع موج” نامیده می‌شود که تمام احتمالات را توصیف می‌کند و شاید اینطور باشد که جهان، جهان کامل، کل جهان، نوعی برهم‌نهی مکانیک کوانتومی از احتمالات متفاوت باشد.»( این سطح سوم تگمارک است.)

واینبرگ اضافه کرد:« سپس احتمالات عجیب‌تری وجود دارد. فیلسوف رابرت نوژیک، “اصل بارآوری(principle of fecundity)” را معرفی کرد که طبق آن هر چیز تصور‌پذیر( قابل‌تصور) در جایی وجود دارد، نه در فضا- زمان یکسان با ما بلکه در مکانی کاملاً جداگانه.» واینبرگ اشاره کرد که اصل بارآوری این سوال را که چرا چیزها همان‌طوری هستند که هستند( یا به عبارت دیگر چرا “اینطور” به جای “آنطور”) را تحلیل برده یا بی‌اهمیت می‌سازد چون هر چیزی که امکان‌پذیر باشد باید وجود داشته باشد و حتماً ( جایی) وجود دارد. فیلسوف، دیوید لوئیس، نظریه‌ی مشابهی به نام “واقع‌گرایی موجهاتی(modal realism)” را مطرح کرده که در آن تمام جهان‌های امکان‌پذیر وجود دارد و به طرز خارق‌العاده‌‌ای دنیاهایی واقعی هستند.)

ولی آیا نباید هنوز برای به دست آوردن چنین عظمت و تنوعی در سطوح عمیق، یک نوع “قوانین ایجاد‌کننده‌ی جهان” بنیادی و پایه‌ای وجود داشته باشد تا تمام این چندجهانی‌ها را درست کند که هر کدام قوانین متفاوت مخصوص به خودشان را دارد؟ واقعیت بنیادی در کجا نهفته است؟

نویسنده:“رابرت لاورنس کوهن“

ادامه دارد »»»

مطالعه بخش اول

ترجمه: امیرحسین سلیمانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: space.com