نوشته : سليمان فرهاديان

نظريه اي كه چند سال اخير ابراز شده بيان مي دارد كه احتمالا فضا و زمان پس از انفجار بزرگ Big Bang آغاز نشده است بلكه فضا و زمان هميشه وجود داشته است و يك چرخه بي پايان از انبساط و انقباض را انجام مي دهد.

پاول استينهارت ، فيزيكدان دانشگاه پرينستون و نيل توروك از دانشگاه كمبريج دو دانشمندي هستند كه اين نظريه را ابراز كرده اند. طبق اين نظريه در هر چرخه جهان از ماده داغ و چگال انباشته مي شود و پس از آن مرحله انبساط را آغاز مي كند كه در طي آن جهان سرد مي شود. تا اينجاي كار همه چيز شبيه تصوير ارائه شده از نظريه انفجار بزرگ است. بعد از گذشت 14 ميليارد سال انبساط جهان شتاب بيشتري به خود مي گيرد. البته مشاهدات تجربي مويد اين نظريه مي باشد. بعد از گذشت تريليون ها سال ماده به طور كامل منتشر شده و به حداكثر انبساط خود مي رسد. تابش نيز در سرتاسر جهان پراكنده مي شود و بدين ترتيب مرحله انبساط جهان متوقف مي شود. در مرحله بعد يك ميدان انرژي ، ماده و تابش هاي جديدي توليد مي كند و بنابراين اين چرخه مجددا شروع مي شود.

اين تئوري جديد پاسخ هاي محتملي را براي چندين مسئله كه مدت هاي مديدي در زمينه انفجار بزرگ در ذهن دانشمندان وجود داشت ؛ پاسخ مي گويد. نظريه انفجار بزرگ طي چند دهه گذشته نظريه غالب در زمينه كيهان شناسي به شمار مي فت. از جمله پرسش هايي كه در نظريه انفجار بزرگ بدون پاسخ مانده است مي توان به پرسش زير اشاره كرد :

"چه چيزي براي اولين بار منفجر شده و چگونه قبل از آغاز زمان آن چيز وجود داشته است؟"

استينهارت ، استاد فيزيك كه از جمله ارائه دهندگان اين نظريه مي باشد در اين زمينه مي گويد : " اين نظريه نيز تفسير هاي موفقيت آميزي در مورد جهان هستي ارائه مي دهد و همانند نظريه انفجار بزرگ ، قادر به توجيه شرايط موجود مي باشد ؛ اما نكته قابل ذكر آن است كه شواهد قاطعي در دست نيست كه بيان كند كداميك از اين نظريه ها صحيح است."

وي در ادامه مي افزايد " "در اين مرحله من نمي توانم هيچ كدام از اين نظريه ها را رد كنم. چيزي كه براي من جالب است اين است كه ما در حال حاضر دو نظريه داريم كه از جهات بسياري با يكديگر فرق اساسي دارند و ما احتمالا تا چند سال آينده مي توانيم به طور تجربي صحت و سقم اين دو نظريه را بررسي كنيم ." نظريه انفجار بزرگ حدودا 60 سال پيش ارائه شده است و در طي اين مدت براي آنكه بتواند مشاهدات تجربي را به نحو شايسته اي توجيه كند ؛ تغييراتي در آن صورت گرفته و تا حدودي توسعه يافته است. يك عنصر بسيار اساسي كه در دهه 1980 به اين نظريه افزوده شده است مفهوم "تورم" است .

مفهوم تورم بيانگر دوره انبساط بسيار سريع است كه در خلال اولين ثانيه هاي بعد از انفجار بزرگ روي داده است. دوره تورم براي تشريح وضعيت يكنواختي و همگوني جهان كه توسط ستاره شناسان مشاهده شده عنصري مهم است . اين مفهوم ضمنا مي تواند توجيه كننده نحوه تشكيل كهكشانها باشد. اين دانشمندان بعد ها مجبور شدند تا به نظريه انفجار بزرگ مفهوم "انرژي سياه" را نيز بيافزايند. به اين دليل مفهوم انرژي سياه به نظريه انفجار بزرگ اضافه شده است كه توجيه گر مشاهدات جديدي باشد كه بيان مي دارد انبساط جهان شتاب بيشتري به خود گرفته است .

در تئوري جديد صحبتي از تورم و انرژي سياه به ميان نمي آيد و اين دو مفهوم با ايده ميدان انرژي جايگزين شده است. بر طبق اين نظريه ميدان انرژي در حال نوساناست و بدين ترتيب زماني باعث انبساط جهان و زماني ديگر باعث ركود مي شود. در عين حال اين نظريه تمام پديده هايي كه اخيرا مشاهده شده اند را به همان خوبي نظريه انفجار بزرگ توجيه كند.

استينهارت كه يكي از پيشگامان ارائه تئوري تورم است در اين زمينه مي گويد : " از آنجايي كه نظريه جديد به مفروضات كمتري نياز دارد ، استفاده از آن آسانتر به نظر مي رسد." حسن ديگر اين نظريه اين است كه مي تواند بدون افزودن مفروضات بيشتري به آن آينده جهان را پيش بيني كند. اين نظريه مي گويد جهان چرخه هاي مشخصي را طي مي كند كه هر كدام از آنها ممكن است تريليون ها سال طول بكشد اما در مقابل نظريه انفجار بزرگ مفهوم تورم نمي تواند آينده دراز مدت جهان را پيش بيني كند . همانگونه كه مفاهيمي همانند انرژي سياه و تورم به طور غير مترقبه مطرح مي شوند ؛ مي توان مفهوم ديگري را نيز به آنها اضافه نمود تا نحوه انبساط را به گونه ديگري توجيه كند در عين حال مدل چرخه اي حاوي چندين مفهوم جديد است كه توروك و استينهارت در طي چند سال گذشته به همراه دنشجويان پرينستون و همكارانشان از دانشگاه پنسيلوانيا و موسسه مطالعات پيشرفته ارائه داده اند. جرميا استريكر استاد اختر فيزيك پرينستون و استاد پروازي اختر فيزيك و فلسفه عملي كمبريج در اين زمينه مي گويد : "اين تحقيقات كه به وسيله پاول استينهارت و نيل توروك انجام گرفته بسيار غير مترقبه و جالب است. اين ايده جديد و بزرگ طي دو دهه گذشته در زمينه هستي شناسي منحصر به فرد است. سر مارتين ريز از محققين انجمن سلطنتي كمبريج خاطر نشان مي سازد كه خواص كليدي و مهم مفاهيم فيزيكي مربوط به جهان در حال انبساط ، همچنان در حد حدس و گمان باقي مانده است و تاكنون مشاهد ه اي يا آزمايش تجربي كاملا آنها را تائيد نكرده است. ريز در ادامه مي افزايد : " در طي 20 سال گذشته نظريات بسيار زيادي ارائه شده است.استينهارت و توروك نيز حدسيات جديدي را كه مبتني بر تصورات است ارائه داده اند. كار آنها تاكيدي است بر اين مطلب كه ما بايد بعضي از مفاهيم روزمره فيزيكي كه براي ما عادي و معمولي است را كنار بگذاريم. به عبارت ديگر ما براي اينكه پيشرفت هاي جديدي را شاهد باشيم لازم است از مفاهيم روزمره فضا و زمان چشم پوشي كنيم.

نظريه چرخه اي جهان بيانگر تركيبي از مفاهيم استاندارد فيزيك و ساير مفاهيم پيشرفته فيزيكي است ، كه نشان دهنده تلاش هاي مجدانه فيزيكدانان براي توسعه يك تئوري فراگير است كه شامل تمام ذرات و نيرو هاي فيزيكي شناخته شده مي باشد. گرچه اين نظريات از رياضيات پيشرفته اي استفاده مي كنند ؛ اما در عين حال مي توانند تصويري از نظريه چرخه اي جهان رانيز ارائه كنند.

براساس اين تئوري ها جهان بايد شامل دو صفحه موازي بسيار بزرگ باشد. براي تجسم بهتر ، دو صفحه كاغذ را كه فاصله آنها بسيار بسيار كم است ؛ را در نظر بگيريد. اين فاصله به عنوان يك بعد ديگر يا بعد پنجم عمل مي كند كه البته تشخيص آن بطور عملي براي ما دشوار است. در مرحله اي از زمان كه ما در آن بسر مي بريم ، صفحات در تمام جهات منبسط مي شوند و تمام جرم و انرژي را كه دارند در جهات مختلف منتشر مي كنند. بعد از گذشت تريليون ها سال ، وقتي كه جهان از جرم و انرژي خالي شد ؛ وارد مرحله اي جديد مي شود . در اين مرحله كه "ركود" ناميده مي شود ؛ انبساط متوقف مي شود و در عوض صفحات شروع به حركت به سمت يكديگر مي كنند؛ و بدين ترتيب بعد پنجم دچار انقباض مي شود. هنگامي كه صفحات منقبض مي شوند كم كم به يكديگر نزديك مي شوند تا در نهايت با يكديگر برخورد كنند. اين برخورد باعث مي شود كه اين صفحات انباشته از ماده چگال شوند و دماي آنها به طور غير منتظره اي بالا رود. اين قسمت پيش بيني ها با مفاهيم ارائه شده توسط مفهوم انفجار بزرگ همخواني دارد. وقتي كه مجددا اين صفحات از يكديگر دور مي شوند بار ديگر انبساط آغاز مي شود . نكته قابل ذكر آن است كه اين صفحات كه در مورد آنها صحبت شد ؛ جهان هاي مختلف و موازي يكديگر نيستند ؛ بلكه در حقيقت قسمت هاي مختلفي از يك جهان هستند. يك قسمت از اين جهان يا يك صفحه شامل تمام ماده معمولي است كه ماهيت آن براي ما آشناست و صفحه ديگر شامل چيزي است كه براي ما ناشناخته است". استينهارت در ادامه مي گويد :

چيزي كه جرم سياه ناميده مي شود و عقيده بر آن است كه قسمت عمده جهان را تشكيل مي دهد در اين قسمت از جهان قرار دارد. بر هم كنش اين دو صفحه فقط براساس جاذبه گرانشي است ؛ يعني اجرام موجود در يك صفحه جاذبه شديدي به اجرام صفحه مقابل وارد مي كنند . استينهارت مي گويد : حركت و خواص اين صفحات از مفاهيم رياضي كه براي بيان آنها به كار گرفته شده است ؛ ناشي مي شود. اين امر برخلاف مفهوم انفجار بزرگ است كه مفهوم انرژي سياه بعدا به آن اضافه شده است تا بتواند مشاهدات تجربي را توجيه كند.

استينهارت و توروك مشغول تعديل و تكميل اين نظريه هستند و در جست و جوي مفاهيم نظري و تجربي مي باشند كه نشان دهنده برتري يكي از اين نظريات بر ديگري باشد. آنها مي گويند : ما مي دانيم كه با مشاهدات دقيق تري كه در دهه هاي آينده و يا حتي در سال هاي آينده انجام مي گيرد شما مي توانيد به صحت و سقم اين نظريات پي ببريد. اينها موقعيت هاي جالبي است كه ما را به سوي خود جذب مي كند . ممكن است به نظر شما يكي از اين نظريات از نظريه ديگر جالبتر باشد ؛ اما به نظر من طبيعت بهترين داور است و مي تواند بگويد كدام نظريه صحيح و كدام غلط است.