بیگ بنگ: زمین تنها خانه‌­ای است که می‌شناسیم، اما این منزلگاه حیات در مقایسه با کیهان بسیار کوچک است. حال پرسش بزرگ این است که آیا ما موجودات  کوچک در این گوشۀ دوردست از فضا می‌توانیم به شکل واقعی کیهان پی ببریم؟

به گزارش بیگ بنگ، آیا گستاخانه نیست که درباره جهانمان چیز زیادی نمی‌دانیم؟ برای مثال، اگر می‌­توانستیم کیهان را از بیرون نظاره کنیم، چه می­‌دیدیم؟ سیاهی گسترده؟ دریایی از حباب؟ کرۀ برفی؟ هزارتوی موش؟ تیله‌­ای در دستان فرازمینیان در ابعاد بالاتر یا سایر فانتزی­‌های علمی- تخیلی؟

آن­طور که معلوم است، پاسخ ساده‌­تر و عجیب‌­تر از همۀ این گزینه‌­هاست. شکل کیهان پرسشی است که ما دوست داریم به عنوان یک گونه آن را حدس بزنیم و بیشتر در مورد آن بدانیم.

در متون هندو، کیهان شبیه یک تخم مرغ توصیف شده و جین­گرایان (براهما بوداییان) اعتقاد داشتند که جهان شبیه انسان است. رواقیون یونانی جهان را همچون جزیره‌­ای مجزا شناور بر خلاء بی‌نهایت می­‌دیدند، در حالی­که ارسطو معتقد بود جهان از یک سری دوایر هم مرکز تشکیل شده و شاید جهان لاک­پشتی است روی لاک­پشت دیگر و الی آخر. به لطف نبوغ ریاضی اینشتین، کیهان‌­شناسان می­‌توانند عملاً صحت مدل­‌های مختلف را بیازمایند و شکل کیهان را توصیف ­کنند؛ مدل‌هایی نظیر لاک­پشت‌­ها، هزارتوها یا مدل­‌هایی برخلاف آن­­ها.

سه مدل اصلی وجود دارند که دانشمندان آن­ها را در نظر می‌­گیرند: کیهان با انحنای مثبت، کیهان با انحنای منفی و کیهان تخت. می‌دانیم که جهان حداقل در چهار بُعد وجود دارد، بنابراین هر شکلی که قرار است برای جهان توصیف کنیم، در مرز هندسه جنون­‌آمیز قرار می‌­گیرد.

کیهان با انحنای مثبت تا اندازه‌­ای شبیه یک کرۀ چهار بُعدی است. این نوع کیهان در گسترۀ فضا متناهی خواهد بود، اما هیچ مرز مشخص و مشهودی ندارد. در حقیقت، در این مدل دو ذرۀ مستقل از هم که در دو خط مستقیم حرکت می­‌کنند قبل از اینکه به نقطۀ شروع خود بازگردند با هم تلاقی خواهند کرد.

می‌­توانید در خانه این مدل را بیازمایید. یک بادکنک بردارید و با ماژیک خط مستقیمی روی آن رسم کنید. خطی که رسم کرده‌­اید در نهایت به نقطۀ شروع باز می‌­گردد. خط مستقیم دیگری در طرف دیگر بادکنک رسم کنید. خواهید دید که خط دوم قبل از اینکه به نقطه شروع باز گردد خط اول را قطع می­‌کند. (برخلاف اصول هندسه اقلیدوسی که در آن دو خط موازی هرگز یکدیگر را قطع نمی‌­کند، در کیهان با انحنای مثبت که از هندسه غیراقلیدوسی پیروی می­‌کند دو خط موازی می‌­توانند یکدیگر را قطع کنند – م.)

این نوع گیتی که به آسانی در سه بُعد قابل تجسم است، هنگامی پدیدار می­‌شود که کیهان حاوی مقادیر عظیم و معینی از انرژی باشد. کیهان با انحنای مثبت یا بسته ابتدا باید انبساط را متوقف کند – تنها در صورتی چنین رویدادی رخ می­‌دهد که کیهان حاوی مقدار کافی انرژی باشد تا اجازه دهد گرانش بر همه­ نیروها غلبه کند. مشاهدات کیهان­ شناختی امروزی پیشنهاد می‌­کند که کیهان باید تا ابد منبسط شود. بنابراین، فعلاً این سناریو که تجسمش آسان است را دور بریزید.

این پرسش که کیهان چه شکلی است سؤالی منطقی محسوب می‌­شود. آیا کیهان کروی است؟ شبیه چنبره است؟ کیهان باز است یا بسته یا تخت؟ و همۀ این پرسش­‌ها چه معنایی دارد؟

کیهان با انحنای منفی شبیه زین چهار بُعدی خواهد بود. یک کیهان باز بدون هیچ مرزی در فضا – زمان. محتوای انرژی این کیهان آنقدر نیست که بتواند انبساط را متوقف کند. در این کیهان دو ذرۀ مستقل که روی خط مستقیم حرکت می­‌کنند هرگز به هم نمی‌­رسند. در واقع، این دو ذره پیوسته منحرف شده و در گذر بی‌نهایت زمان، از یکدیگر دورتر و دورتر می­‌شوند. (در کیهان با انحنای منفی هندسه هایپربولیک لباچوفسکی صادق است – م.)

اگر کیهان حاوی مقدار خاص و بحرانی (نه کم و نه زیاد) انرژی  بود، که به­ طرز خطرناکی بین کمینه و بیشینه آن نوسان می‌­کرد، آنگاه انبساط کیهان پس از بی­‌نهایت زمان متوقف می­‌شد. چنین جهانی یک کیهان تخت را تشکیل می­‌داد. ذرات در کیهان تخت در مسیرهای مستقیم و موازی به سفر خود ادامه می­‌دادند و نه هرگز به هم می­‌رسیدند و نه از یکدیگر دور می­‌شدند.

تجسم این مدل­‌ها آسان است. اما گزینه‌­های دیگری هم وجود دارد – مثل توپ فوتبال، دونات یا شیپور. جهان به شکل توپ فوتبال بیشتر شبیه کیهان کروی است، با این تفاوت که مشخصۀ ویژه‌ای دارد – در این کیهان نوعی تالار آینه‌­ای در پس زمینه کیهانی نقش می‌­بندد.

جهان دوناتی شکل از لحاظ فنی یک کیهان تخت است، اما نقاط اتصال چندگانه دارد. برخی دانشمندان معتقدند که نقاط وسیع داغ و خنکی که در تصویر پس زمینه کیهانی مشاهده می‌­شوند در واقع می‌­توانند شاهدی بر این توپولوژی باشند.

سرانجام نوبت به جهان شیپوری می‌­رسد. روش دیگری برای تجسم کیهان با انحنای منفی وجود دارد: مانند زینی که به شکل یک لوله بلند پیچیده شود، به­ طوری که یک انتهای آن بسیار باریک و انتهای دیگر آن بسیار فراخ باشد. کسانی که در انتهای باریک این کیهان قرار دارند کیهان خود را درهم پیچیده می­‌بینند که تنها دو بُعد دارد. در عین حال، افرادی که در انتهای فراخ این کیهان قرار دارند قبل از آنکه بتوانند مسافت زیادی دور شوند متوجه می‌­شوند که با هدایت نیروی ناشناخته‌­ای دور زده‌­اند و در مسیر دیگری قرار دارند.

بنابراین، کدام مدل درست است؟ آیا کیهان ما شبیه پرتقال یا پیراشکی است؟ یا شبیه چیپس؟ یا تکه پنیر؟ سازهای برنجی یا بادی چطور؟ دانشمندان هنوز پیشنهاد مدل­‌های عجیب و غریب با انحنای منفی نظیر زین یا شیپور را منتفی نمی­‌دانند.

برخی چنین استدلال می­‌کنند که ما هرگز نمی­‌توانیم شکل واقعی کیهان خود را درک کنیم. این افراد حس شوخ­ طبعی ندارند و فقط کارشکنی می­‌کنند. بی­شوخی، اجازه دهید به شما کمک کنیم تا دوستان بهتری پیدا کنید.

بر اساس داده‌­های ماهواره پلانک که در فوریه 2015 منتشر شد، کیهان به احتمال زیاد تخت است. یک کیهان بی‌نهایت متناهی که حتی ذره­‌ای انحناء ندارد و به لطف ماده تاریک و انرژی تاریک حاوی مقدار دقیق و بحرانی انرژی است. این موضوع شاید کمی گیج­ کننده به نظر برسد، اما امیدواریم از این مقاله بهرۀ لازم را برده باشید.

جالب است که نه تنها می‌­توانیم شکل کیهان را حدس بزنیم، بلکه افراد باهوش بی­‌وقفه کمک می‌­کنند تا این موضوع را بهتر درک کنیم. این یکی از موارد شادی ­بخشی است که باعث می­‌شود هر هفته در مورد فضا و نجوم صحبت کنم و بی­صبرانه منتظر موضوع بعدی باشم. خب، نظر شما چیست؟ آیا کیهان تخت خیلی کسل­ کننده است؟ با توجه به طیف گستردۀ گزینه­‌ها، فکر می‌کنید کیهان چه شکلی باشد؟

ترجمه: محمد نوده فراهانی / سایت علمی بیگ بنگ

منبع: phys.org