اندازۀ کل عالم چقدر است؟ - وبلاگ تاوافی

به گزارش وبلاگ تاوافی، شاید تصور کنید به رغم تمام فناوری هایی که در اختیار داریم باید بدانیم جهان چقدر بزرگ است، اما نمی دانیم!

وبلاگ تاوافی | اگر این قدر خوش شانسید که جایی دور از شهر زندگی می کنید، حتماً تا به حال شب ها سرتان را به سوی آسمان بالا برده و محو تماشای آن شده اید. شب هایی که هوا صاف است، چشم انداز ستارگان نفس گیر است، طوری که هر ستاره یک خورشید دوردست به نظر می رسد.

به گزارش وبلاگ تاوافی ، اگر اطلاعات اندکی داشته باشید یا از یک اپلیکشن یاری بگیرید، شاید بتوانید یک یا دو صورت فلکی را شناسایی کنید. اما اعجاب انگیزترین چیز این است که فضا به ظاهر تا بی نهایت ادامه دارد. حتی قدیمی ترین اجداد ما نیز در اندیشه ماهیت آسمان ها و فواصل سیارات، ستاره ها و دنباله دارهایی بودند که گاه به گاه بر آسمان نقش می بستند.

شاید فکر کنید در قرن کنونی باید بدانیم مقدار دنیا چقدر است، اما این پرسشی ست که پاسخ آن را هنوز نمی دانیم. نداستنِ همه چیز با ندانستن هیچ چیز یکی نیست. بنابراین سوال درست این است که چه چیزی را می دانیم و چه چیزی را نمی دانیم؟

دنیای ثابت فرضی

برای شروع، دو حقیقت بسیار مهم را می دانیم. نخست اینکه دنیا نزدیک به 14 میلیارد سال پیش در یک رویداد خارق العاده به نام انفجار بزرگ (Big Bang) شروع شد. دوم اینکه نور عادیِ قابل رویت سرعت محدودی دارد، سرعت شگفت انگیز آن 300 هزار کیلومتر بر ثانیه است، به قدری سریع که در یک ثانیه هفت بار دور زمین می چرخد. ما مسافتی را که نور می تواند در یک سال نوری طی کند سال نوری می نامیم که معادل حدود 10 تریلیون کیلومتر است.

نکته مهم دیگری که باید درک کنیم تفاوت میان دنیا مرئی در مقابل کل دنیا است. نخستین دنیا، دنیای ست که می توانیم آن را ببینیم و دیگری همه چیز است. درک این موضوع زیاد سخت نیست. فردی که روی پشت بامِ بلندترین ساختمانِ روی زمین ایستاده است (برج خلیفه در دبی) می تواند از هر سو حدود 100 کیلومتر را ببیند. با این حال، سطح زمین بسیار بزرگ تر از آنست و انحنای سیاره، تماشاِ همه چیز را غیرممکن می نماید.

در خصوص کل کیهان، عامل محدودکننده فرق دارد و آن سرعت نور است. اگر دنیای ما ثابت و بدون تغییر بود (فرضی که حقیقت ندارد) دورترین چیزی که می توانستیم ببینیم 14 میلیارد سال نوری با ما فاصله داشت، چون اگر یک شیءِ به این دوری، در لحظه شروع دنیا نوری ساطع نموده باشد، آن نور باید حالا به زمین رسیده باشد. نور ساطع شده از شیء ای که در فاصله 15 میلیارد سال نوری واقع است برای یک میلیارد سال بعدی هم به زمین نخواهد رسید، پس ما قادر به تماشا آن نخواهیم بود.

در دنیای ثابت فرضی ما، دنیای مرئی کره ای خواهد بود که زمین را احاطه می نماید و شعاع آن 14 میلیارد سال نوری است. شاید کل دنیا بزرگ تر از این باشد، اما هیچ راهی برای دانستن آن نداریم، چون نورِ مکان های دورافتاده تر هنوز به ما نرسیده است.

دنیای واقعی ما

کیهان ساکن نیست و این حقیقت اوضاع را پیچیده می نماید. دنیا از انفجار بزرگ شروع شد و آن انفجار سبب بزرگ شدن دنیا شد. نور در جریانِ حرکت باید با این بزرگی بجنگد و به همین سبب زمان بیشتری طول می کشد تا به ما برسد. برای درک بهتر این موضوع، فرض کنید کودکی در ده متری شما ایستاده و توپی را با سرعت دو متر بر ثانیه به سمت شما غلت می دهد. 5 ثانیه طول می کشد تا توپ به شما برسد. حالا، تصور کنید ما همین موقعیت مشابه را داریم و شما روی زمین محکم ایستاده اید، اما کودک روی یکی از پیاده رو های متحرک (شبیه پیاده رو های متحرکِ فرودگاه) است. فرض کنید پیاده روی متحرک با سرعت یک متر بر ثانیه در حال دور شدن از شماست. به خاطر حرکتِ پیاده روی متحرک، به جای 5 ثانیه، 10 ثانیه طول می کشد تا توپ به شما برسد.

افسوس که موضوع حتی از این هم پیچیده تر می گردد. در حالی که کودک حین پرتاب توپ ده متر از شما دور بود، به علت حرکت پیاده روی متحرک، زمانی که توپ به شما برسد کودک 20 متر از شما دور خواهد شد.

همین اتفاق پس از انفجار بزرگ برای نور مرئی پیش آمده است. آن نور 14 میلیارد سال سفر کرد تا حالا به زمین برسد و درست مانند کودکِ ایستاده روی پیاده روی متحرک، مکان کنونیِ هر چیزی که آن نور اولیه را ساطع نموده دیگر 14 میلیارد سال نوری با ما فاصله ندارد، بلکه فاصله آن با ما حالا 46 میلیارد سال نوری است. ما نور را از جایی که ساطع شده می بینیم، نه از جایی که منبع انتشار کنونی آن است. به این ترتیب، اخترشناسان می توانند با قطعیت بگویند که دنیای مرئی (کره ای اطراف زمین تا فاصله قدیمی ترین چیزی که می توانیم ببینیم) 92 میلیارد سال نوری قطر دارد (یعنی لبه به لبه).

پس دنیا چقدر بزرگ است؟

(تصویری فرضی از کل دنیا مرئی)

تا اینجا از دنیای مرئی گفتیم، اما کل دنیا چطور؟ چگونه از بخش هایی از دنیا سردرآوریم که هنوز آن ها را ندیده ایم؟ اینجاست که موضوع جالب می گردد. شاید تعجب آور باشد، اما ستاره شناسان 100 درصد اطمینان ندارند که هندسه فضا را می شناسند، شاید مسطح باشد و شاید هم منحنی. در حالی که فضا سه بعدی است، می توانیم از یک قیاس دوبعدی برای درک معنای آن استفاده کنیم.

در دو بُعد، معنای مسطح مسطح است، درست مانند سطح یک میز. با این حال، یک سطح دو بعدی می تواند منحنی باشد درست مانند سطح یک کره، اما می تواند مانند سطح یک زین هم منحنی باشد. اگر مانند سطح یک کره منحنی باشد به این معناست که اگر یک سفینه فضایی فوق-سریع داشتید و به قدر کافی طولانی سفر می کردید، می توانستید سفرتان را در همان نقطه شروع به سرانجام برسانید درست مثل هواپیمایی که در امتداد استوای زمین پرواز می نماید.

اخترشناسان داده ها را آنالیز نموده و به این نتیجه رسیدند که فضا مسطح یا نزدیک به مسطح است. با این حال، این تصمیم حاصل مقدار گیری است و مقدار گیری ها توام با عدم قطعیت هستند؛ بنابراین این امکان وجود دارد که دنیا خمیدگی بسیار کوچکی داشته باشد. اما اگر منحنی باشد، پس معادل استوای دنیا حداقل 500 برابر بزرگ تر از دنیا مرئی است یا احتمالاً بزرگ تر از آن.

در نتیجه، اخترشناسان به رغم ندانستنِ مقدار کل دنیا، می دانند که آن حداقل 500 برابر بزرگ تر از چیزیست که ما می توانیم ببینیم. (این رقم نشان دهنده فاصله ایست که کسی باید طی کند تا به مکان شروعین شما بازگردد). همان طور که حجم یک مکعب، فاصله آن در امتداد دو سوی مکعب است، مقدار کل دنیا حداقل 125 میلیون بار بزرگ تر از دنیای مرئی است. نکته سرانجامی اینست که دنیای مرئی فوق العاده بزرگ و کل دنیا بی نهایت بزرگ است.

منبع: Bigthink

مترجم: زهرا ذوالقدر