وقتی به فضا نگاه میکنیم به زمان سفر کرده ایم
چرا دید ما به فضا محدود است؟ فرقی ندارد به کجا و در کدام جهت به فضا نگاه می کنید. در نهایت دیدتان به یک ماده یا پرتوی از نور ختم خواهد شد. اگر می پرسید چرا باید بگویم که زمین ما در دل منظومه شمسی قرار دارد. منظومه ای که پر از سیاره ها، قمرها، اجسام یخی و سنگی، گرد و غبار و ذرات پلاسما است. حتی اگر در حیاط پشتی خانه تان هم باشید، با نگاهی سرسری متوجه حضور ستاره ها و گازها در منظومه مان خواهید شد.
البته با نگاهی دقیق تر می توان کهکشان ها، دوراخترها و حتی مواد موجود بین کهشان های دورتر را هم دید. حتی اگر تصمیم بگیرید به جهتی نگاه کنید که هیچ یک از اینها در مسیر دیدتان نباشند بازهم خط نگاهتان به چیزی برخورد میکند؛ چیزی که در دنیای نجوم با نام پس زمینه داغ مایکروویو شناخته شده و در واقع امواجی است که از زمان بیگ بنگ به جا مانده است. با من و مجله وارونه تا انتها همراه باشید تا از رازهای دید محدودمان به فضا پرده برداری کنیم.
مطلب مرتبط: قدرت فضا از دیدگاه فیزیک کوانتوم و نسبیت زمان و مکان!
چرا دید ما به فضا محدود است؟
فرقی ندارد به کجا و کدام سمت نگاه می کنید. در هر صورت چیزی می بینید و هر چیزی هم که ببینید از این دو حالت خارج نیست.
1: احتمالا جرمی را می بینید که در حال حاضر جوری که دیده می شود نیست. یعنی شما حالت چند میلیون سال قبل آن جرم را می بینید. چرا که نوری که از آن جسم به چشم شما می رسد سال ها قبل بازتاب پیدا کرده و احتمالا در طول زمان جسم مورد نظر دستخوش تغییرات فراوانی شده است.
2: آن جسم در فاصله مشخصی از ما قرار دارد. یعنی اگر بتوان زمان را متوقف کرد اندازه آن جسم از ما قابل دستیابی است.
زمان و مکان با هم برابرند؟
شاید شما هم مثل خیلی های دیگر فکر میکنید که دو مقیاس زمان و مکان با هم برابرند. البته که برابرند. مثلا ستاره ای که نورش پس از 10 سال سفر در زمان به ما میرسد، در واقع به اندازه 10 سال نوری از ما فاصله دارد. کهکشانی که نورش پس از 100 سال مسافرت در زمان به ما میرسد هم 100 سال نوری از ما فاصله دارد. بر همین اساس نوری که از بیگ بنگ 13.8میلیارد پیش به ما میرسد، 13.8 میلیارد سال نوری سفر کرده تا به ما رسیده. اما این قانون همیشه درست نیست. مقصر اصلی به هم خوردن معادلات زمان و مکان هم خود هستی است.
مرتبط: آیا انسان ها می توانند در زمان سفر کنند؟
محدودیت سرعت در هستی
یکی از قوانین فیزیک که همه بی شک قبولش داریم این است: هستی محدودیت سرعت دارد. محدودیت سرعتش هم همان سرعت نور است. پس به هیچ عنوان امکان ندارد جرمی سریع تر از این سرعت حرکت کند. در این صورت حتی اگر جرمی بی وزن مانند یک فوتون باشید در نهایت به سرعت نور حرکت خواهید کرد. چرا که هیچ سرعتی بالاتر از این ممکن نیست. اما اگر جرمی بیشتر از فوتون داشته باشید حرکت میکنید، به مقصد هم می رسید اما نه به سرعت نور!
سرعت نور بر اساس فضایی که طی میکند
بر همین اساس منطقی به نظر می رسد که نور ساطع شده از هر جرمی در همان جهت که جرم از خودش تابش دارد حرکت کند. در این صورت پس از گذشت یک ثانیه نور تابیده شده فاصله ای به اندازه 458/792/299 کیلومتر را طی خواهد کرد. به این فاصله، یک ثانیه نوری گفته می شود. پس از گذشت یک سال نور فاصله ای به اندازه 46/9 تریلیون کیلومتر را طی میکند. به این فاصله هم یک سال نوری گفته می شود. بر همین اساس پس از گذشت یک میلیارد سال، نور فاصله ای به اندازه یک میلیارد سال نوری را طی خواهد کرد. یعنی نور، یک میلیارد سال نوری دورتر از منبعی خواهد بود که از آن تابیده شده.
این مدل محاسبات منطقی، سر راست و عقلانی هستند. اگر با دید قوانین نسبیت به این معادلات و محاسبات نگاه کنیم درست هم هستند. اما داستان این جاست که جهان ما تنها با قانون نسبیت اداره نمی شود. چیزهای دیگری هم در کار است.
فضا مسطح نیست!
آنالیزی که برایتان انجام دادم تنها در صورتی درست خواهد بود که هستی از دو مقیاس تشکیل شده باشد. اما در واقع اصلا چنین چیزی درست نیست. برای شروع باید بگویم که محاسبات ما فقط زمانی درست از آب در میایند که فضا مسطح باشد، درست مانند یک صفحه سه بعدی موجود در هندسه اقلیدسی. مسطح بودن فضا یکی از عام ترین ویژگی های هر فضایی است که به چشم میاید. اگر می خواهید بدانید فضا مسطح هست یا نه سه نقطه را مشخص کنید و به هم وصلشان کنید تا به شکل مثلث در بیاید. سپس سه زاویه داخلی این مثلث را اندازه گیری کنید. اگر مجموع زویای داخلی 180 درجه شد یعنی فضای شما مسطح است.
اما داستان اینجاست که هر سطحی مسطح نیست؛ مثلث هایی هم که روی صفحه های نامسطح باشند مجموع زوایای داخلی شان 180 درجه نمی شود؛ و بر همین اساس می توان نتیجه گرفت که هر فضایی هم مسطح نیست! مثلا اگر مثلثی بر روی کره رسم کنید خواهید دید که مجموع زوایای داخلی اش چیزی بیشتر از 180 درجه خواهد شد. هر چه مثلث رسم شده بر روی فضای کروی بزرگتر باشد اندازه زوایای داخلی اش از 180 درجه بزرگتر خواهد شد. آن طرف سکه هم هست. اگر بر روی زین اسبی مثلثی ترسیم کنید انداره زوایای داخلی اش کمتر از 180 خواهد شد. هستی هم به هیچ وجه مسطح نیست. چرا که از مواد و انرژی پر شده است. حضور ماده و انرژی و نسبت این دو به هم موجب می شود فضا خمیده شود.
مرتبط: جهان چگونه نابود خواهد شد؟
فضا استاتیک نیست
اما مسئله خیلی مهم تری از خمیده بودن فضا هست. آن هم اینکه فضا استاتیک نیست. خیلی ها تصور میکنند خب این که خیلی منطقی است. اجرام حرکت میکنند، مسطح نیستند و به همین دلیل خمیدگی فضا هم دائما تغییر میکند. البته که این تصور درست است. اما در واقع چیزی فرای این داستان ها در حال اتفاق افتادن است. با در نظر داشتن قانون نسبیت انیشتین که تئوری جاذبه را برایمان توجیه میکند می توان به این نتیجه رسید که؛ هستی که پر از ماده و انرژی باشد نمی تواند استاتیک و ثابت باشد. تصور کنید که جهانی را به صورت استاتیک می سازید، سپس اجازه میدهید گرانش به مرور زمان کارش را بکند. حتی در این صورت هم هستی شما استاتیک نمی ماند. چون در زمان کوتاهی تمام هستی به پایان رسیده و تبدیل به سیاه چاله ای عظیم خواهد شد.
اگر استاتیک نیست گسترش پیدا میکند یا کاهش؟
این همان داستانی است که از آن صحبت میکردم و همگی خیلی خوب میدانیم که چنینی اتفاقی هرگز برای جهانی که در آن زندگی میکنیم نیافتاده است. خیلی ها میدانند چرا اما برای آن دسته عزیزانی که نمی دانند باید بگویم که هستی به میزان یکسانی از ماده و انرژی پر شده است. بر همین اساس یا گسترش پیدا میکند یا کاهش! ما میدانیم که فاصله بین دو چیز در طول زمان تغییر میکند. اما نمیدانیم که این فاصله در چه جهتی است. درست مانند این که نمیدانیم جذر 4 مثبت 2 است یا منفی 2. راحت تر بگویم هر دو تئوری افزایش و کاهش برای هستی امکان پذیر هستند و برای پیدا کردن جوابمان باید به خود کیهان نگاهی بیاندازیم.
چرا گسترش پیدا میکند؟
بهترین راه حل های ارائه شده برای حل این مشکل در فاصله بین سال های 1910 تا 1920 داده شد. در واقع مجموع سه تا از بهترین تئوری های ارائه شده تبدیل به راه حلی قطعی برای حل این پازل شد.
1: هنریتا لویت بر روی ستاره تپش گر سفیوس کار کرد. این ستارگان زرد رنگ و بسیار بزرگ درخشنگی شان به طور منظم تغییر میکند. هنریتا زمان تغییر نور ستاره را از بیشترین به کمترین حالت اندازه گیری کرد.
2: وستو اسایفر بر تابش نور قرمز ناشی از کهکشان های مارپیچ و بیضوی کار کرد. در نهایت با بررسی میزان نور قرمز ساطع شده و جذب شده از این کهکشان ها مشخص شد که با چه سرعتی به ما نزدیک یا از ما دور می شوند.
3: ادوین هابل و میلتون هوماسون هم بر تک ستاره های تپش گر موجود در کهشان های مارپیچی و بیضوی کار کردند.
با در نظر گرفتن نتایج حاصل از این سه تحقیقات در کنار هم می توان در مورد فاصله و سرعت و جهت حرکت این کهکشان های مارپیچی و بیضوی به نتایج جالبی رسید. نتایج چه در همان زمان و چه حالا کاملا گویا و شفافند. هر چه جسمی از ما دور می شود نورش قرمز تر خواهد شد. و در این صورت سرعت دور شدنش هم از ما زیادتر می شود. به عبارت دیگر جهان ما در حال گسترش است نه کاهش!
مرتبط: سرعت گسترش کهکشان ها در نقاط مختلف متفاوت است!
چه برداشت هایی از گسترش هستی می توان داشت؟
از ارتباط بین این نتیجه و جهان استاتیک برداشت های زیادی می توان داشت. مثلا اینکه اگر هستی استاتیک باشد زمان لازم برای سفر نور از مبدا تابنده به مقصد با سال هایی که نور این فاصله را طی میکند برابر خواهد بود. نور با سرعت نور حرکت میکند، بر همین اساس:
- جسمی که یک سال نوری از ما فاصله داشته باشد، یک سال نوری طول میکشد تا به ما برسد
- حسمی که یک میلیون سال نوری از ما فاصله داشته باشد، یک میلیون سال نوری زمان می خواهد تا به ما برسد.
- جسمی که 10 میلیون سال نوری از ما فاصله دارد هم باید 10 میلیون سال نوری سفر کند تا به ما برسد.
نتایج به دست آمده با تئوری قیف زمان-مکان در یک راستاست
این مقیاس می تواند همچنان ادامه پیدا کند. اما نکته این جاست که اگر دنیای ما 8/13 میلیارد سال نوری، یعنی از زمان بیگ بنگ به این طرف، عمر داشته باشد، بیشترین فاصله زمانی که می توانیم ببینیم نوری است که از 8/13 میلیارد سال نوری قبل تر آمده باشد. این تئوری با ابزار زمان-مکانی که با نام قیف زمانی شناخته می شود در یک راستاست. هر چیزی که در قیف زمانی وجود داشته باشد به ما متصل است. پس می تواند ما را تحت تاثیر قرار دهد و ما هم می توانیم آنرا تحت تاثیر قرار دهیم. هر چیزی خارج از این قیف زمانی از دسترس ما خارج بوده و هیچ سیگنالی بین ما و خارج از این قیف برقرار نیست.
جهان خمیری ما!
اما سناریویی که ما در آن زندگی میکنیم، یعنی جهان در حال گسترش همه چیز را در این مورد تغییر میدهد. در واقع فضا مانند شبکه ای نیست که همه چیز در آن پخش و پلا باشد. فضایی که در آن قرار داریم مانند خمیر است و همه چیز مانند دانه های کشمش در این خمیر جای دارد. هر چه زمان میگذرد این خمیر پهن تر و گسترده تر می شود. در این صورت خود دانه های کشمش گسترده تر نمی شوند، فقط از هم فاصله بیشتری میگیرند.
اگر خودتان را دانه کشمش تصور کنید متوجه خواهید شد که دانه های کشمش دیگر با گذر زمان از شما دورتر و خمیر بینتان بیشتر و رقیق تر می شود. هر چه خمیر بین شما و سایر دانه های کشمش بیشتر شود، فاصله بینتان بیشتر شده و فضای بینتان گسترش پیدا می کند. پس با گذشت زمان، فضای بینتان هم بیشتر و رقیق تر می شود.
مرتبط: ممکن است زمین به داخل یک سیاهچاله کشیده شود؟
گسترش برون کهکشانی است نه درون کهشکشانی!
هر دانه کشمش در این تئوری مانند یک جرم کهکشانی است. پس کهکشان سنبله یک کشمش، برج اسد یکی دیگر و برج گیسو کشمشی دیگر است. هر کدام از این کهکشان ها با جاذه محصور شده اند. پس خودشان گسترش پیدا نمی کنند اما چون کهکشان ها نسبت به هم گرانشی ندارند از هم دور می شوند. درست مانند دانه های کشمش که در خمیر پهن شده قرار دارند.
این یعنی در کهکشان خودمان خبری از گسترش نیست. پس فقط در قالب میان کهکشانی این گسترش دیده می شود نه درون کهکشانی! تاثیر این جرم های در حال حرکت بر خمیدگی زمان-مکان را هرگز نمی توان ندید گرفت اما این تاثیرات خیلی کوچک هستند. شاید یک هزارم تاثیر ممکن!
زمان نگاه در مقیاس برون کهکشانی مقدار قابل تاملی است
قبلا هم اشاره کرده بودم که وقتی در مورد فاصله درون کهکشانی حرف میزنیم فاصله ای که دو جسم از هم دارند با زمانی که نور از یک جسم به دیگری سفر میکند برابر است. این تئوری در دنیای نجوم با نام “زمان نگاه” شناخته می شود. یعنی حاصل تقسیم فاصله از سرعت نور، میزان زمان نگاه را با 9/99 درصد درستی تعیین خواهد کرد. در این صورت میزان زمان نگاه کهکشانی خیلی کمتر از آن چیزی است که قابل محاسبه باشد.اما وقتی به مقادیر بزرگ برون کهکشانی نگاه میکنیم، همه چیز متفاوت خواهد بود. وقتی نوری از بیرون از کهکشان مان مثلا از یک دور اختر به ما میرسد پروسه های زیر اتفاق می افتد.
- نور از مبدا تابیده می شود و با سرعت خاص خودش به سمت ما حرکت میکند.
- همزمان با سفر نور از مبدا به مقصد، فاصله میان کهکشانی مبدا به مقصد هم گسترش پیدا میکند.
- همزمان با سفر نور و گسترش کهکشان، طول موج نور هم زیاد می شود. ما این افزایش طول موج را به صورت قرمز تر شدن آن می بینیم.
- در عین حل فاصله بین جسم تابش کننده و جسم دریافت کننده هم گسترش می یابد.
مرتبط: تعداد کهکشان ها ؛ رقم هایی که از شنیدنشان مغزتان دود می کند!
فاصله های برون کهشانی دستخوش رابطه زمان نگاه
در نتیجه زمانی که نور از مبدا به مقصد حرکت کرده فاصله به یک میزان بوده، و زمانی که نور در نهایت به مقصدش می رسد فاصله به میزانی دیگر است. به عبارت دیگر، فاصله مبدا تا مقصد در زمان شروع حرکت نور خیلی کمتر از فاصله مبدا تا مقصد در زمان رسیدنش به مقصد است. در عین حال اگر زمان نگاه را در سرعت نور ضرب کنید خواهید دید که فاصله چیزی بین دو میزان حداکثر (در زمان رسیدن نور به مقصد) و حداقل (در زمان حرکت نور از مبدا) است. این جا همین جایی است که علامت سوال بزرگمان در مورد سن هستی به وجود می آید!
شاید این تفاوت میان زمان نگاه و فاصله حال حاضر ما و اجرام تنها در مقیاس های بزرگ میان کهکشانی مهم باشد. مهمترین کهکشان هایی که در آسمان شب قابل رویت هستند، از جمله مراه المسلسله، کهکشان فرفره، مسیه 81 و کهکشان کلاه مکزیکی، درست در همان فاصله ای هستند که میلیون ها سال قبل قرار داشتند. یعنی کهکشانی که نورش 100 میلیون سال طول می کشد تا به ما برسد حالا در فاصله ای به اندازه 101 میلیون سال نوری قرار دارد. همانطور که گفتم تفاوت خیلی اندک است.
نگاهی به زمان نگاه در بررسی کهکشان های دور
اما اگر مقیاس های بزرگ میان کهکشانی را در نظر داشته باشیم، متوجه تفاوت های بزرگی خواهیم شد.
1: نوری که از اجسامی با فاصله 1 میلیارد سال نوری به ما می رسد، از مبدایی آمده که در حال حاضر 036/1 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد.
2: نوری که 5 میلیون سال نوری سفر کرده تا به ما برسد از اجرامی تابش شده که در حال حاضر 087/6 میلیون سال نوری از ما فاصله دارند.
3: نوری که 10 میلیارد سال نوری سفر کرده تا به ما برسد از اجرامی ساطع شده که در حال حاضر 03/16 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند.
4: نوری که 78/13 میلیارد سال نوری سفر کرده تا به ما برسد از جسمی تابش شده که در حاضر 6/41 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد.
دید ما نسبت به فضا عمیق تر از زمان است؟
این اعداد و ارقام به این معنی نیستند که ما می توانیم بیشتر از زمان در فضا به عقب برگردیم. محاسباتی که در سطرهای قبل برایتان انجام دادم به این معنی است که زمان و فضا به هم مربوطند، هستی در حال گسترش است و تاثیرات این گسترش بر رابطه میان فضا و زمان قابل اندازه گیری و تامل است. چرا که همین تغییرات بر نوری که در طول زمان، فضا را طی میکند تاثیر خواهند داشت. بر همین اساس نوری که بیشترین مسافت را فضا طی میکند، بیشترین تاثیر را متحمل خواهد شد. در نتیجه جسمی که این نور از آن تابیده شده هم فاصله بیشتری از مقصد خواهد داشت. همه این ها ناشی از این مسئله است که هستی در حال گسترش است. به همین خاطر است که ما می توانیم اجرامی که 1/46 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند را ببینیم.
محدودیت همیشگی دید ما در فضا
بنابراین فرقی ندارد چقدر زمان میگذرد، دید ما برای دیدن اجرام موجود در فضا همواره محدود خواهد ماند. تا زمانی که فضا و زمان با قانون نسبیت انیشتین به هم مرتبط باشند، این محدودیت ها هم پا برجا خواهند بود!
