اگر از لبه کیهان عبور کنیم چه می شود/ جواب دانشمندان وحشتناک است

به گزارش خبرنگار دانشگاه خبرگزاری دانشجو، از دیرباز این پرسش ذهن انسان را درگیر کرده است که آیا کیهان مرزی دارد یا بی‌نهایت است. اگر مرزی وجود داشته باشد، چه شکلی دارد و آیا می‌توان به آن رسید یا حتی از آن عبور کرد؟ پیشرفت‌های اخیر در علم کیهان‌شناسی و ابزار‌هایی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب، این پرسش‌ها را بیش از گذشته به چالش کشیده‌اند.

در سال ۲۰۲۳، تلسکوپ جیمز وب اجرامی بسیار سرخ‌رنگ را در اعماق کیهان شناسایی کرد که متعلق به تنها ۲۰۰ تا ۴۰۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ بودند. این اجرام برخلاف پیش‌بینی‌های نظری، بسیار بزرگ و پرجرم بودند؛ حداقل ۵۰ برابر بیشتر از آنچه مدل‌های فعلی اجازه می‌دهند. در آن دوران اولیه، به نظر نمی‌رسد زمان و ماده کافی برای شکل‌گیری چنین ساختار‌هایی وجود داشته باشد، مگر اینکه در درک ما از تاریخ کیهان خطایی وجود داشته باشد.

برخی دانشمندان در واکنش به این کشفیات، این احتمال را مطرح کرده‌اند که سن کیهان ممکن است بیش از مقدار پذیرفته‌شده ۱۳.۸ میلیارد سال باشد. حتی مدل‌هایی پیشنهاد شده‌اند که عمر کیهان را تا حدود ۲۶.۷ میلیارد سال تخمین می‌زنند. اگر سن کیهان قابل اندازه‌گیری باشد، این پرسش پیش می‌آید که آیا کیهان لبه‌ای دارد و اگر چنین مرزی وجود داشته باشد، آیا می‌توان به آن رسید یا نه؟

آنچه ما به‌عنوان «لبه کیهان» می‌شناسیم، در واقع مرز جهان قابل مشاهده است، نه مرز واقعی فضا. دلیل این موضوع محدود بودن سرعت نور است. وقتی به اجرام دوردست نگاه می‌کنیم، در حقیقت گذشته آنها را می‌بینیم. حتی دیدن فردی که یک متر از ما فاصله دارد نیز با تأخیری بسیار ناچیز همراه است. نگاه به ستاره‌ها یعنی نگاه به صد‌ها یا هزاران سال پیش برای مثال، نور خورشید حدود ۸ دقیقه و ۲۰ ثانیه طول می‌کشد تا به زمین برسد. اگر خورشید در همین لحظه ناپدید شود، زمین تا بیش از هشت دقیقه همچنان در مدار خود باقی می‌ماند، زیرا هنوز در میدان گرانشی گذشته خورشید قرار دارد. همین اصل درباره کهکشان‌ها نیز صادق است؛ کهکشان آندرومدا که در حال نزدیک شدن به راه شیری است، موقعیت واقعی‌اش صد‌ها سال نوری با آنچه می‌بینیم تفاوت دارد.

به همین دلیل، ما هرگز نمی‌توانیم وضعیت واقعی و لحظه‌ای کیهان را مشاهده کنیم. جهان قابل مشاهده ما شعاعی حدود ۴۶ میلیارد سال نوری دارد. این عدد بزرگ‌تر از سن کیهان است، زیرا فضا در حال انبساط بوده و نور اجرام در طول زمان کشیده شده است. این مرز، مرز دید ماست، نه مرز وجود کیهان فرض کنید گروهی از انسان‌ها با یک سفینه فضایی وارد سفری طولانی به دل کیهان شوند. سفینه با شتابی ثابت و مشابه گرانش زمین حرکت می‌کند. در مدت کوتاهی از ماه، زحل و نپتون عبور می‌کند و پس از حدود ۱۵ ماه به فاصله یک سال نوری می‌رسد. اما در ادامه، قوانین نسبیت خاص انیشتین بر این سفر حاکم می‌شوند.

بر اساس نسبیت خاص، رساندن هر جسم دارای جرم به سرعت نور غیرممکن است. هرچه سرعت بیشتر می‌شود، انرژی مورد نیاز به‌شدت افزایش می‌یابد. ذرات بنیادی در شتاب‌دهنده‌ها می‌توانند تا کسری ناچیز کمتر از سرعت نور برسند، اما هرگز به خودِ سرعت نور دست نمی‌یابند. برای رسیدن به همان مقدار ناچیز بیشتر، انرژی‌ای در حد کل جهان قابل مشاهده لازم است.

با نزدیک شدن سفینه به سرعت نور، زمان برای سرنشینان آن کندتر می‌گذرد. برای ناظران بیرونی، حرکت سفینه آهسته‌تر می‌شود، اما برای مسافران، همه‌چیز عادی به نظر می‌رسد. در عوض، آن یادآوری کیهان بیرون است که برای آنها سریع‌تر پیر می‌شود. پدیده اتساع زمان باعث می‌شود فاصله‌ها برای مسافران کوتاه‌تر به نظر برسد.

نمونه‌ای واقعی از این پدیده در سال ۱۹۹۱ مشاهده شد؛ ذره‌ای موسوم با انرژی‌ای معادل یک توپ تنیس و سرعتی بسیار نزدیک به نور برای چنین ذره‌ای، گذر زمان به‌شدت کند می‌شود، به‌طوری که می‌تواند فاصله‌ای چند میلیون سال نوری را در زمانی یادآوری‌شده بسیار کوتاه طی کند.

اما خطری بزرگ در انتظار این سفر است. اگر سفینه از فاصله‌ای مشخص، حدود ۸.۳ میلیارد سال نوری، عبور کند، دیگر هیچ راه بازگشتی وجود ندارد. این نقطه، افق کیهانی است؛ جایی که انبساط فضا سریع‌تر از نور می‌شود. پس از عبور از این مرز، حتی اگر سفینه با سرعت نور به سمت زمین بازگردد، هرگز به آن نخواهد رسید.

در این ناحیه، ارتباط نوری و فیزیکی با زمین به‌طور کامل قطع می‌شود. کهکشان‌هایی وجود دارند که با سرعتی بیشتر از نور از ما دور می‌شوند؛ نه به دلیل حرکت در فضا، بلکه به دلیل انبساط خود فضا این پدیده با قوانین فیزیک تناقضی ندارد.

با این حال، برای سرنشینان سفینه اتفاقی عجیب رخ می‌دهد. هرچه سرعت آنها بیشتر می‌شود، محدوده قابل مشاهده‌شان نیز افزایش می‌یابد. در حالی که برای ما جهان قابل مشاهده حدود ۴۶ میلیارد سال نوری است، برای مسافری که نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند، این مقدار می‌تواند به حدود ۶۱ میلیارد سال نوری برسد. البته قابل مشاهده بودن به معنای قابل دسترسی بودن نیست.

انرژی تاریک باعث شده کیهان به لایه‌هایی تقسیم شود. تنها بخش کوچکی از کهکشان‌ها قابل دسترسی هستند. بخش بزرگی از کهکشان‌ها اگرچه دیده می‌شوند، اما هرگز نمی‌توان به آنها رسید و چهره امروزی‌شان برای همیشه از ما پنهان می‌ماند، بسیاری از آنها به‌تدریج کم‌نور شده و در نهایت ناپدید می‌شوند.

فراتر از محدوده قابل مشاهده نهایی، هیچ داده‌ای در دست نیست. نه نوری، نه نشانه‌ای و نه نظریه‌ای قطعی تخمین‌ها نشان می‌دهد بیش از ۹۶ درصد کهکشان‌های موجود یا از جهان قابل مشاهده خارج شده‌اند یا هرگز در آن قرار نداشته‌اند. در هر ثانیه، هزاران ستاره از افق دید ما عبور کرده و برای همیشه از دسترس خارج می‌شوند در آینده‌ای بسیار دور، انرژی تاریک بر همه‌چیز غلبه خواهد کرد. ستاره‌ها خاموش می‌شوند، کهکشان‌ها از هم می‌پاشند، سیاه‌چاله‌ها تبخیر می‌شوند و حتی اتم‌ها نیز از هم جدا می‌شوند؛ کیهان به فضایی سرد، تاریک و تهی تبدیل می‌شود.

در این سناریو، سفینه پس از گذشت تنها ۲۰۰ سال از دید سرنشینان، به انتهای سفر خود می‌رسد، در حالی که در جهان بیرون زمانی معادل ۱۰ به توان ۴۱ سال گذشته است. دیگر هیچ ماده‌ای در کیهان باقی نمانده است.

این نتیجه‌گیری ما را به این پرسش می‌رساند که شاید کیهان اصلاً مرزی نداشته باشد. بسیاری از فیلسوفان و فیزیک‌دانان معتقدند کیهان یا بی‌نهایت است یا به شکلی خمیده و بسته که بدون برخورد با لبه‌ای خاص، می‌توان در آن سفر کرد و دوباره به نقطه آغاز بازگشت.

برخی مدل‌ها کیهان را شبیه ساختاری خمیده می‌دانند که سر و ته آن به هم متصل است. در چنین جهانی، با هر جهت و هر سرعتی که حرکت کنیم، نهایتاً به همان نقطه اولیه بازمی‌گردیم. مشاهدات نشان می‌دهند فضا در مقیاس‌های بزرگ تقریباً تخت است، اما این به معنای بی‌نهایت بودن قطعی آن نیست.

حتی این احتمال وجود دارد که کیهان در ابعاد بالاتری قرار داشته باشد. در چنین دیدگاهی، مفهوم مرز و لبه معنای خود را از دست می‌دهد. در نهایت باید پذیرفت که علم هنوز به پاسخ نهایی نرسیده است. شاید پرسش درباره مرز کیهان از اساس نادرست باشد. شاید لبه کیهان جایی در فضا نباشد، بلکه همان لحظه‌ای باشد که ما آن را «اکنون» می‌نامیم.