نظریه بیگ بنگ(آغاز جهان کنونی)

بیگ بنگ یا انفجار بزرگ از نظر بسیاری از فیزیکدانان نقطه آغازین و شروع عالم بوده است. در این مطلب از مجله فرادرس سعی می‌کنیم به زبان ساده و علمی جنبه‌های مختلف این نظریه را بررسی کنیم. خواندن این مطلب به علاقه‌مندان به نجوم و کیهان شناسی توصیه می‌شود.

این جهان از کجا آمده است؟ تا همین چند وقت پیش، فکر اینکه بتوانیم جواب این سؤال را از مشاهدات واقعی خود از جهان به دست آوریم، کاملاً بیگانه بود؛ تا اینکه محاسبات علمی در قرن بیستم با تکیه بر نسبیت عام، فیزیک کوانتومی و نظریه بیگ‌ بنگ در کنار مشاهدات کیهانی به کمک تلسکوپ‌ها و ماهواره‌ها موفق شد برای این معماها، جوابی قانع‌کننده پیدا کند و پیش‌بینی‌های قابل اثباتی ارائه بدهد. بیش از ۵۰ سال است شواهد علمی به ما نشان داده جهان هستی با انفجاری بزرگ آغاز شده است. جهان به این خاطر امروز در حال انبساط و خنک شدن و پر از سیارات،‌ ستاره‌ها و کهکشان‌ها است چون در گذشته کوچک‌تر، داغ‌تر، متراکم‌تر و یکدست‌تر بوده است. اگر به اولین لحظه ممکن و شروع همه چیز برگردیم، می‌توانیم تصور کنیم تمام چیزهایی که امروز در جهان هستی می‌بینیم، روزی تنها در یک نقطه واحد متمرکز شده بودند: نقطه تکینگی (singularity) که فضا و زمان از آن زاده شده است. یا حداقل این چیزی بود که تا همین چند وقت پیش فکر می‌‌کردیم داستان واقعی پیدایش جهان است؛ اینکه جهان همیشه به این شکل امروزی نبوده، بلکه میلیاردها سال پیش با انفجار بزرگی معروف به بیگ بنگ یا مه‌بانگ به وجود آمده است؛ اما امروز بسیار بیشتر از گذشته می‌دانیم و تصویری که از پیدایش جهان داریم، آنقدرها که بیگ بنگ ادعا می‌کرد، واضح نیست. این نظریه به خودی خود دیگر نمی‌تواند توصیف قانع‌کننده‌ای برای نقطه آغازین همه چیز باشد و نمی‌توان گفت بیگ بنگ دقیقاً مساوی با تولد فضا و زمان است؛ اما اگر بیگ بنگ واقعا نقطه شروع همه چیز نبود، چه بود؟ و پیش از این انفجار بزرگ، در فضا چه خبر بود؟

نظریه بیگ بنگ از کیست؟ ژرژ لومتر (Georges Lemaître)، اخترشناس بلژیکی، برای اولین بار در سال ۱۹۲۷ اعلام کرد یک جهان در حال انبساط را می‌توان در زمان ردیابی کرد و به نقطه‌ای معین رسید که او آن را «اتم اولیه» می‌نامد؛ بدین ترتیب نظریه بیگ بنگ شکل گرفت. ادوین هابل (Edwin Hubble)، دانشمند آمریکایی، نیز دو سال بعد از طریق تجزیه‌وتحلیل انتقال به سرخ‌های کهکشانی تایید کرد که کهکشان‌ها از هم دور می‌شوند و جهان در حال گسترش است. در حال حاضر طیف گسترده‌ای از شواهد تجربی تا حد زیادی از نظریه انفجار بزرگ حمایت می‌کنند و اکنون این تئوری به طور جهانی پذیرفته شده است. البته باید در نظر داشت اخترشناسان با فناوری‌های موجود هنوز نمی‌توانند تولد کیهان را رصد کنند و بسیاری از آنچه در مورد انفجار بزرگ می‌دانند از فرمول‌ها و مدل‌های ریاضی به دست آمده است. با این حال، ستاره‌شناسان می‌توانند پژواک انبساط را از طریق پدیده‌ای موسوم به تابش زمینه کیهانی مشاهده کنند.

نظریه‌های دیگر آغاز جهان و رد نظریه بیگ بنگ به جز انفجار بزرگ یا همان مه بانگ، دو تئوری مهم دیگر نیز در مورد نحوه پیدایش کیهان بیش از سایر نظریه‌ها مطرحند؛ انبساط ابدی (Eternal Inflation) و جهان نوسان‌کننده (Oscillating Universe). انبساط یا تورم ابدی یک مدل فرضی بوده که نتیجه یا بسط نظریه بیگ بنگ است و پاول استاینهارت (Paul Steinhardt)، فیزیکدان آمریکایی، اولین بار آن را در سال ۱۹۸۳ معرفی کرد. بر اساس تئوری تورم ابدی، مرحله انبساط جهان برای همیشه در سراسر کیهان و یا حداقل در برخی نواحی آن ادامه دارد. از آنجایی که این نواحی به طور تصاعدی و به سرعت منبسط می‌شوند، بیشتر حجم جهان در هر زمان معین در حال انبساط است؛ بنابراین تورم ابدی یک چند جهانی بی‌نهایت فرضی ایجاد می‌کند که در آن تنها حجم کوچکی از یک فراکتال (Fractal) به انبساط پایان می‌دهد. نظریه جهان نوسان‌کننده نیز یک مدل کیهانی است که هر دو تئوری بیگ بنگ و بیگ کرانچ را به عنوان بخشی از یک رویداد چرخه‌ای ترکیب می‌کند. یعنی اگر این نظریه درست باشد، جهانی که در آن زندگی می‌کنیم بین دو انفجار بزرگ قرار گرفته است.

نظریه‌های دیگر آغاز جهان و رد نظریه بیگ بنگ به جز انفجار بزرگ یا همان مه بانگ، دو تئوری مهم دیگر نیز در مورد نحوه پیدایش کیهان بیش از سایر نظریه‌ها مطرحند؛ انبساط ابدی (Eternal Inflation) و جهان نوسان‌کننده (Oscillating Universe). انبساط یا تورم ابدی یک مدل فرضی بوده که نتیجه یا بسط نظریه بیگ بنگ است و پاول استاینهارت (Paul Steinhardt)، فیزیکدان آمریکایی، اولین بار آن را در سال ۱۹۸۳ معرفی کرد. بر اساس تئوری تورم ابدی، مرحله انبساط جهان برای همیشه در سراسر کیهان و یا حداقل در برخی نواحی آن ادامه دارد. از آنجایی که این نواحی به طور تصاعدی و به سرعت منبسط می‌شوند، بیشتر حجم جهان در هر زمان معین در حال انبساط است؛ بنابراین تورم ابدی یک چند جهانی بی‌نهایت فرضی ایجاد می‌کند که در آن تنها حجم کوچکی از یک فراکتال (Fractal) به انبساط پایان می‌دهد. نظریه جهان نوسان‌کننده نیز یک مدل کیهانی است که هر دو تئوری بیگ بنگ و بیگ کرانچ را به عنوان بخشی از یک رویداد چرخه‌ای ترکیب می‌کند. یعنی اگر این نظریه درست باشد، جهانی که در آن زندگی می‌کنیم بین دو انفجار بزرگ قرار گرفته است.

آیا جهان ما پایان دارد؟ جهان همچنان در حال انبساط است و این انبساط با سرعتی فزاینده ادامه دارد. این بدان معناست که کهکشان‌های دورتر به تدریج از دسترس دید ما خارج می‌شوند. دانشمندان بر این باورند که در آینده‌ای دور، جهان ممکن است به حالتی برسد که تمام کهکشان‌ها از یکدیگر جدا شوند و دیگر هیچ نوری نتواند میان ان‌ها حرکت کند. برخی نظریه‌ها نیز پیشنهاد می‌دهند که این انبساط ممکن است به‌جای یک پایان، بخشی از یک چرخه باشد. طبق این نظریه، جهان می‌تواند دوره‌های متناوبی از انبساط و انقباض را تجربه کند. اگرچه انبساط جهان به نظر بی‌پایان می‌رسد، اما دانشمندان هنوز پاسخ قطعی برای سرنوشت نهایی جهان ندارند. این موضوع همچنان یکی از پرسش‌های اساسی کیهان‌شناسی است که نیازمند تحقیقات بیشتری است.