برخی از ما ممکن است بدون فکر مسائلی را درباره جهان هستی و طبیعت قبول کنیم مثل این مسئله که “ما وجود داریم”. بدون دانستن علت آن. اما دانشمندانی هستند که در مقابل اینگونه مسائل به راحتی عبور نمیکنند و همیشه به دنبال علت ها هستند. با این حال پرسش های بسیاری در زمینه جهان هستی و جایگاهمان در آن وجود دارد که به ده مورد از آنها اشاره میکنیم و سعی در ارائه پاسخ هایی که تاکنون برای آنها یافت شده خواهیم داشت.

١. قدمت جهان هستی چقدر است؟

بهترین تخمینی که درباره سن جهان هستی تاکنون محاسبه شده حدود 13.8 میلیارد سال می باشد(سن زمین حدود 4.5 میلیارد سال برآورد شده است). این تخمین به کمک مشاهدات بصری در قرن اخیر صورت گرفته است که مهم ترین آن مشاهدات ادوین هابل از کهکشانهایی بود که در حال دور شدن از زمین بودند. او پی برد که تقریبا همه کهکشان ها در حال دور شدن از زمین هستند که بعدها کشف این رویداد سبب بوجود آمدن نظریه انبساط جهان هستی شد. ادوین هابل با اندازه گیری انتقال سرخ نور کهکشانهایی که مشاهده میکرد توانست میزان سرعت دور شدن آنها را محاسبه کند. براین اساس هرچه منبع نور یا صدا در حال دور شدن باشد طول موج آن بزرگتر و انتقال سرخ آن بزرگتر خواهد بود و هرچه منبع نور یا صدا در حال نزدیکتر شدن باشد طول موج آن کمتر و انتقال آبی آن بیشتر خواهد شد.

نتیجه دوم و بزرگتری که از این کشف ادوین هابل استخراج شد این بود که همانطور که کهکشان ها با سرعت زیادی در حال دور شدن از هم هستند  پس در نتیجه در زمانی قبل تر این کهکشانها به یکدیگر بسیار نزدیک بودند و در یک نقطه متمرکز بودند. این کشف اساس نظریه بیگ بنگ بود.

یکی از دقیق ترین اندازه گیری هایی که درباره سن جهان هستی صورت گرفته استفاده از امواج پس زمینه کیهانی (CMB) است که بصورت امواج مایکروویو هستند. این تخمین با اندازه گیری میزان دمای کیهان از طریق امواج باقیمانده بیگ بنگ صورت گرفته است. همانطور که جهان منبسط میشود سردتر هم خواهد شد و این سرما تا نزدیک به صفر مطلق و دمای 2.7 کلوین اندازه گیری شده است. با ترکیب نتایج از بیشترین و کمترین دمای مشاهده شده میتوان سن جهان را تخمین زد.

2. چرا جهان در حال انبساط است؟

در اولین لحظات پس از بیگ بنگ، جهان در متراکم ترین و داغ ترین حالت خود قرار داشت.انرژی ناشی از انفجار سبب تورم جهان شد. طبق قوانین فیزیک به دلیل گرانش بین کهکشان ها می بایست سرعت تورم در طی زمان کاهش پیدا کند اما باید گفت که اینگونه نیست.سرعت تورم به دلیل یک عامل مرموز با ضریب مثبتی در حال افزایش است و سرعت انبساط جهان در هر لحظه در حال افزایش است. دانشمندان این عامل ناشناخته را “انرژی تاریک” میدانند.

اینکه دقیقا انرژی تاریک چیست را کسی نمی داند اما همه دانشمندان از وجود آن مطمئن اند. این انرژی فشار منفی تولید میکند و سبب انبساط جهان میشود. هم اکنون آزمایشات زیادی در حال انجام است تا بتوان به ماهیت انرژی تاریک پی برد.

3. چرا بیگ بنگ اتفاق افتاد؟

اینکه “چرا” نامشخص است و احتیاج به نگاهی فلسفی و ریاضیاتی بصورت عمیق تر دارد. در اولین لحظات پس از بیگ بنگ جهان بسیار چگال و داغ بود. این عامل سبب میشد که نور نتواند مسافت زیادی را طی کند و به سرعت منعکس یا جذب میشد. 380,000 سال طول کشید که جهان به اندازه کافی سرد شد تا نور بتواند در آن به راحتی حرکت کند. به همین دلیل تحقیق در باره این خلا 380 هزار ساله از طریق نور ناممکن است. اما راه دیگری برای مطالعه آن وجود دارد آن هم تحقیق و بررسی از امواج گرانشی باقیمانده از بیگ بنگ است. امواج گرانشی در اثر برخورد دو شئ عظیم در فضا ساطع میشوند و در فضا-زمان باقی می مانند که مطالعه این امواج اطلاعات مهمی را درباره آن اشیا و محل وقوع آنها میدهد.

امواج گرانشی بر خلاف نور، نقش صدای کهکشان ها را بازی میکنند. اما به هرحال شناسایی امواج گرانشی بسیار دشوار است. پژوهشکده LIGO در آمریکا اخیرا توانست اولین رصد امواج گرانشی را که از برخورد دو کهکشان ساطع شده بودند شناسایی کند. این حسگر ها به اندازه کافی قادر به شناسایی امواج گرانشی ناشی از بیگ بنگ نیستند اما دانشمندان امیدوارند در آینده این حسگرها پیشرفته تر و حساس تر شوند تا بتوان به رویداد های لحظات اولیه جهان هستی پی برد.

4. چطور و چه زمانی جهان به پایان میرسد؟

نظریه های زیادی درباره پایان جهان وجود دارند. یکی از دو نظریه رایجی که بسیاری از توجهات را به خود جلب کرده نظریه شکافت بزرگ و نظریه فروپاشی بزرگ است. نتایج این دو نظریه بسیار به هم نزدیک اند اما تفاوتی اندک دارند که این تفاوت بستگی به مقدار انرژی و ماده موجود در جهان دارد. جهان هم اکنون در حال انبساط است و این انبساط با شتاب مثبتی در هر لحظه در حال افزایش است. اگر ماده موجود در جهان به اندازه کافی باشد آنگاه گرانش ماده میتواند سبب کاهش سرعت انبساط جهان شود.در نتیجه همه کهکشان ها به سمت یکدیگر جذب میشوند. نظریه فروپاشی بزرگ در واقع عکس نظریه انفجار بزرگ را برای پایان جهان مطرح میکند و بیان میدارد که جهان در انتها در یک نقطه کوچک جمع خواهد شد.

اگر مقدار ماده و انرژی موجود در جهان به اندازه کافی نباشد آنگاه جهان بیشتر و بیشتر متورم خواهد شد تا زمانی که از هم گسیخته شود.سوخت ستاره ها تمام خواهد شد یا اینکه با تبدیل شدن به کوتوله سفید یا ستاره های نوترونی یا سیاه چاله دچار فروپاشی میشوند.

پیش بینی اینکه چه زمانی این اتفاقات خواهد افتاد بسیار دشوار است اما زمان بسیار طولانی ای خواهد بود و ممکن است تریلیون ها سال طول بکشد. برخی محاسبات این رویداد را 10¹⁰⁰ سال دیگر پیش بینی میکند!

5. جهان های موازی چه هستند؟

تعابیر زیادی درباره جهان های موازی صورت گرفته است. اولین تعبیر بر اساس نظریه ای است که بیان میدارد جهان قابل مشاهده ما بخشی کوچک از بی نهایت جهان دیگر است که هرکدام از جهان ها در یک حباب قرار گرفته اند و هیچکس از درون یک حباب نمیتواند وارد دیگری شود. در این مدل ارائه شده به دلیل اینکه تعداد جهان ها بی نهایت است پس احتمال این وجود دارد که در حداقل یکی از آن جهان ها یکی مثل شما وجود داشته باشد. به این معنی که بی نهایت فرد مثل دقیقا خود شما وجود دارد!

تعبیر دیگری که از جهان های موازی شده است اینگونه بیان میشود که هر انتخاب تصادفی در جهان، آن را به دو قسمت تقسیم میکند که هر قسمت نتایج متفاوتی را در پی خواهد داشت. در جهانی که زندگی میکنیم افتادن یک سکه، یا شیر خواهد بود و یا خط، و امکان ندارد که سکه همزمان شیر و خط باشد اما در مکانیک کوانتوم این امکان وجود دارد. مکانیک کوانتوم براساس احتمال رویدادها عمل میکند و زمان و مکان رویداد را بیان نمیکند. ساده ترین مثال در این زمینه مثال معروف گربه شرودینگر است. بر این اساس اگر یک گربه را به همراه یک شیشه سم در یک جعبه در بسته قرار دهیم ، با یک اتفاق تصادفی اگر شیشه سم بشکند آنگاه براساس مکانیک کوانتوم،  گربه هم زنده است و هم مرده. تنها راه اینکه بفهمیم گربه چه وضعیتی دارد باز کردن جعبه است.

در تفسیر دوم جهان موازی اگر در یک جهان جعبه باز شود و گربه زنده باشد در جهان دیگر گربه مرده است. در این تعبیر اگر شما در این جهان انتخابی انجام میدهید در جهانی دیگر یک “خود دیگر” از شما وجود دارد که انتخابی مخالف شما دارد. این در صورتی است که فرض کنیم شما فقط بین دو انتخاب قرار گیرید. در صورتی که اگر بین چندین انتخاب باشید آنگاه این “خود دیگر” بیشتر نیز خواهد بود.

6. اگر تعداد جهان ها بی شمار است پس آیا موجودات هوشمند دیگری وجود دارند؟

در سال 1960 ستاره شناس فرانک دریک معادله دریک را نوشت. این معادله تلاش میکند که بصورت آماری تعداد جهان های دارای تمدن هوشمند در کیهان را اندازه گیری کند. این معادله شامل متغیرهایی از قبیل آهنگ تولد ستاره ها در جهان، تعداد ستاره هایی که میتوانند میزبان سیاره باشند، سیاره هایی که میتوانند دارای حیات باشند و…است. با قراردادن این متغیرها در این معادله، پی برده شد که تعداد تمدن های هوشمند در کیهان به هزاران و حتی میلیون ها عدد میرسد.

سوال بعدی که پس از یافتن این اعداد بوجود می آید این است که” آیا راهی برای برقراری ارتباط با این تمدن ها وجود دارد؟”. پاسخ این سوال کمی دشوار است. براساس پارادوکس فرمی که بیان میکند: اگر تعداد تمدن های هوشمند به هزاران و میلیون ها عدد میرسد پس چرا هیچکدام از آنها نتوانستند تا به حال با ما ارتباط برقرار کنند قبل از اینکه ما با آنها ارتباط برقرار کنیم؟.

پاسخ های زیادی تا به حال برای این پرسش مطرح شده است. ساده ترین پاسخ این بوده است که سفر بین ستاره ای بسیار دشوار است. سفر با سرعت نور به سیاره‌ی قابل سکونت دیگر میتواند به اندازه کل عمر یک شخص زمان ببرد.

7. درون یک سیاه چاله چگونه است؟

وقتی سوخت یک ستاره با جرم بسیار زیاد تمام میشود آن ستاره به پایان عمر خود میرسد. این پایان عمر همرا با انفجار بسیار عظیمی خواهد بود که آن را سوپرنوا یا ابرنواختر می نامند. این رویداد سبب میشود که ستاره جرم بیرونی خود را از دست بدهد. اگر ستاره به اندازه کافی جرم داشته باشد به سرعت به سیاه چاله تبدیل میشود.

در هسته ستاره ها نیرویی از طریق فیوژن سبب ایجاد نیروی دافعه میشود. برای اینکه ستاره به سیاه چاله تبدیل شود می بایست نیروی گرانش ستاره از طریق جرم باقی مانده آن بیشتر از نیروی دافعه آن باشد. در این مراحل میانی این روند، ستاره تبدیل به کوتوله سفید و یا ستاره نوترونی میشود. نیروی گرانش همه ذرات تشکیل دهنده ستاره را به هم فشرده میکند و پروتون ها و الکترون ها را به نوترون تبدیل میکند. در واقع ستاره توسط خودش بلعیده میشود.

اگر جرم به اندازه کافی باشد در نهایت نیروی گرانش بر دیگر نیروها غلبه کرده و همه چیز تبدیل به یک فضایی بی نهایت کوچک به نام تکینگی میشود. در بیرون از تکینگی مرزی وجود دارد که به آن افق رویداد میگویند. این مرز دارای گرانشی بسیار قوی است که نور هم نمیتواند از آن عبور کند و به داخل آن سقوط میکند.

با عبور از افق رویداد به سیاه چاله میرسیم. جایی که اگر شخصی داخل آن بیفتد تبدیل به ماکارونی خواهد شد. نیروی گرانش پای شما را بیشتر از سر شما جذب خواهد کرد. در سیاه چاله های بسیار بزرگ همانند سیاه چاله در مرکز کهکشان خودمان شدت نیروی کششی کمتر است این امکان وجود دارد که فرد نجات یابد. اگرچه پیش بینی اینکه فرد با چه چیز روبرو خواهد شد بسیار دشوار است.

8. چرا افرادی که مدتی در فضا سپری میکنند نسبت به افراد روی زمین دیرتر پیر میشوند؟

زمان برای دو گروه از افراد بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتن با آهنگ متفاوتی سپری میشود:1-افرادی که ناظر به فضا هستند 2-افرادی که ناظر به زمین هستند. هرچه شخص به جرم بزرگتری نزدیک باشد به دلیل نیروی گرانش بیشتر، زمان برای او کندتر سپری خواهد شد و هرچه از آن فاصله بگیرد زمان سرعت بیشتری میگیرد. برای مثال فردی که داخل یک سیاه چاله بیفتد زمان برایش به دلیل نیروی گرانش بسیار قوی، کند و کندتر خواهد شد و این کند بودن ادامه خواهد یافت تا هنگامی که شخص به افق رویداد برسد، آنگاه زمان برایش متوقف خواهد شد. اما از نظر این شخص، گذر زمان برایش عادی سپری میشود.

در روی زمین این تاثیر بسیار ناچیز است اما این تاثیر در بلند مدت روی تکنولوژی هایی نظیر GPS ها آشکار خواهد شد. اگر نظریه نسبیت مطرح نمیشد آنگاه GPS ها دقت خود را از دست میدادند.

9. اگر با سرعت نور حرکت کنید چه اتفاقی می‌افتد؟

بر اساس دانشی که از فیزیک داریم غیر ممکن است چیزی بتواند بالاتر از سرعت نور حرکت کند. هر چیزی که دارای جرم است(ذره تا سفینه فضایی) می بایست دارای انرژی بی نهایت باشد تا بتواند به سرعت نور برسد.

اما راه های جایگزین دیگری نیز مطرح شده است که بیشتر در داستان های علمی تخیلی استفاده شده است. از جمله این راه ها کرم چاله ها هستند. فرض پشت این نظریه این است که چون سفینه فضایی نمی تواند بیشتر از سرعت نور حرکت کند به جای آن میتوان از تاخوردگی های فضا-زمان به منظور سفرهای فضایی استفاده کرد. این تا خورگی ها اصظلاحا کرم چاله نامیده میشوند. کرم چاله ها با فشرده کردن فضا-زمان در یک باریکه امکان اتصال بین دو نقطه از فضا را میدهند و سبب میشوند که بتوان از طریق آنها فواصل زیادی را طی کرد. اما متاسفانه برای اینکار احتیاج به جرم منفی است و استفاده از کرم چاله ها تاکنون در حد تئوری باقی مانده است. البته هیچ قانون فیزیکی نتوانسته تا کنون نظریه کرم چاله ها را رد کند.

10. آیا سفر در زمان امکان پذیر است؟

بله. همان طور که اشاره شد اگر شما به جرم بزرگی نزدیک شوید زمان برای شما آهسته تر از فردی که دورتر قرار دارد خواهد بود. همین اتفاق زمانی که شما با سرعت نور حرکت کنید می افتد.

اگز شما زمین را ترک کنید و با سرعت نزدیک به سرعت نور به یک ستاره نزدیک زمین سفر کنید آنگاه وقتی از ساعت و تقویم شما 10 سال بگذرد برای ساکنین زمین 100 سال گذشته است. هرچه با سرعت بیشتری حرکت کنید این فاصله زمانی بیشتر خواهد شد.

استفاده از این روش برای سفر به آینده مناسب است اما این سفر یک طرفه خواهد بود و شما این امکان را ندارید که دوباره به گذشته برگردید. نظریه ها و بحث های مختلفی در زمینه چگونگی سفر به گذشته مطرح شده است. برخی متعقدند از طریق کرم چاله ها میتوان به گذشته بازگشت اما همه اینها در حد نظری باقی مانده اند.

اما چگونگی سفر به گذشته پایان ماجرا نیست بلکه خود این سفر هم شامل تناقض هایی است. از جمله تناقض معروف “پدربزرگ”. این تناقض بیان میکند که اگر شما به گذشته سفر کنید و پدربزرگ خودتان را در کودکی بکشید آنگاه شما به دنیا نخواهید آمد ولی اگر به دنیا نیامدید پس چه کسی پدربزرگتان را کشته است؟