البته همان چند رقم اعشار باعث میشود حرفمان دقیق به نظر برسد (و راستش را بخواهید، ما خیلی هم به رسیدن به این سطح از دقت افتخار میکنیم، ممنون!). نه، مسئله این است که با اطمینان کامل میتوانم همینجا بنشینم، در چشمانتان نگاه کنم و بیهیچ تردیدی بگویم برآورد ما از سن جهان ۱۳٫۷۷ میلیارد سال است.
اما… چطور؟ ما از کجا میدانیم، واقعاً میدانیم، که جهان چند سال دارد؟ و اصلاً اینکه «کل جهان» سنی داشته باشد یعنی چه؟
پس بیایید وارد ماجرا شویم. در این قسمت میخواهم توضیح بدهم چگونه این عدد را محاسبه میکنیم و چرا تا این حد به آن اطمینان داریم. بعد هم سه چالش احتمالی برای روش محاسبه سن جهان مطرح میکنم—و با نیروی اعتمادبهنفس خودم آنها را کنار میزنم.
و البته با علم. بیشتر با علم.
خب، اولین ایراد: آیا اصلاً میشود برای جهان یک «ساعت» تصور کرد؟ مگر نسبیت خاص—که هم نظریه مهمی است و هم بیش از یک قرن آزمایش شده—نمیگوید چیزی به نام ساعت همگانی وجود ندارد؟ اگر به دوران پیش از اینشتین برگردیم، برداشت ما از ساختار جهان ریشه در نیوتن داشت. اجسام از کجا میفهمند چه زمانی و کجا باید با هم برهمکنش کنند؟ از دید نیوتن، این کار به کمک یک ساعت جهانی و یک معیار مرجع انجام میشد؛ مجموعهای از استانداردها که همه چیز با آن سنجیده میشد.
نه اینکه واقعاً یک ساعت غولپیکر پشت یک سحابی نشسته باشد و زمان کیهانی را تیکتیک بشمارد، یا ادارهای به نام «استانداردها و اندازهگیریهای جهانی» وجود داشته باشد که مثلاً یک میله طلایی نگه دارد و بگوید «این دقیقاً یک متر است و از این پس همه چیز باید با آن سنجیده شود.»
این یک ایدهی مفهومی بود؛ روشی برای صورتبندی ریاضی که باعث میشد همه چیز منسجم و معنادار به نظر برسد. در نگاه نیوتنی، اجسام و رویدادها ذاتاً درکی از زمان و مکان ندارند؛ آنها باید به یک چارچوب بیرونی تکیه کنند (برای راحتی، اسمش را فضا-زمان میگذاریم، هرچند نیوتن دقیقاً چنین تصوری نداشت) تا بدانند در چه زمانی و کجا قرار دارند.
بعد اینشتین آمد و طبق معمول، همهچیز را بههم ریخت. او گفت—و تا امروز هم حق با او بوده—که هیچ ساعت جهانیای وجود ندارد. هیچ خطکش مطلقی در کار نیست. هر جسم در جهان چارچوب مرجع ویژهی خودش را دارد، با شیوهی خاص خودش برای اندازهگیری گذر زمان و فاصلهها.
این… شبیه هرجومرج است. و واقعاً هم همینطور است. در نسبیت خاص، همگامسازی بیشتر شبیه یک شوخی است؛ شاید وقتی اجسام کنار هم هستند برای لحظهای بتوان آن را برقرار کرد، اما به محض حرکت، همه چیز از هم میپاشد. با این حال، «عمو آلبرت» که همیشه فروشندهی خوبی بود، راهحل مشکلی را که خودش ساخته بود ارائه داد: ریاضیات نسبیت خاص، که به ما میگوید چگونه از یک چارچوب مرجع به چارچوب دیگر تبدیل انجام دهیم. نه، هرگز قرار نیست سر اینکه یک ثانیه دقیقاً چقدر است یا یک متر چقدر طول دارد کاملاً توافق کنیم، اما دستکم ابزار لازم را داریم تا اندازهگیریهایمان را با هم مقایسه کنیم.
پس اگر نه ساعت مطلقی در کار است و نه چارچوب مرجع مطلقی، اگر هر چیز و هر کس نسخهی خودش از گذر زمان را دارد، چطور میتوانیم با این همه اطمینان بگوییم جهان ۱۳٫۷۷ میلیارد سال سن دارد؟ مگر این به ناظر بستگی ندارد؟
پاسخ این است: نه دقیقاً. نسبیت خاص میگوید جهان مجبور نیست چارچوب مرجع ترجیحی یا مقیاس مطلقی داشته باشد؛ اما نگفته که چنین چیزی نمیتواند وجود داشته باشد.
اینجاست که نسبیت عام وارد میشود؛ چیزی شبیه نسبیت خاص، اما با چاشنی اضافه. و آن چاشنی، توانایی توصیف رفتار فضا-زمان در شرایط پیچیده است—پیچیده مثل تکامل کل جهان.
در کیهانشناسی با یک واقعیت رصدی ساده روبهرو هستیم: کهکشانهای دوردست به نظر میرسد از ما دور میشوند. این موضوع به نظر مسئلهای پیچیده درباره گرانش و ماهیت فضا-زمان است، پس به سراغ نسبیت عام میرویم تا مدلی برای آن بسازیم. سادهترین و در عین حال جامعترین مدل (در فیزیک دوست داریم بپرسیم با سادهترین مدل، بیشترین پدیدهها را چقدر میتوان توضیح داد) «متریک FLRW» نام دارد.
این حروف مخفف فریدمن، لومتر، رابرتسون و واکر است؛ چهار دانشمندی که در اوایل قرن بیستم کیهانشناسی را در قالب تصویری منسجم گرد آوردند. در این مدل یک تمایز کلیدی وجود دارد که امکان فاصله گرفتن از نسبیت خاص را فراهم میکند: «ماده».
جهان پر از چیز است؛ ستارهها، سیارات، حتی جورابهایی که گم کردهاید. ماده همه جا هست. اما این ماده ساکن نیست؛ در حال حرکت است—و به شکلی بسیار خاص حرکت میکند: در حال انبساط.
با گذر زمان، مادهی جهان منبسط میشود، رقیقتر میشود و سردتر میشود. همین یعنی ما یک تاریخ مشترک داریم. دورانهای مختلف جهان با هم فرق دارند. دیروز جهان کمی کوچکتر، کمی چگالتر و کمی گرمتر بود. فردا بزرگتر، رقیقتر و سردتر خواهد بود.
از آنجا که جهان در حال انبساط است، تقارن شکسته میشود: گذشته با آینده تفاوت دارد. هر ناظری در هر کهکشانی، اگر آنقدر پیشرفته باشد که کیهانشناسی و نسخهی خودش از متریک FLRW را توسعه دهد، به همین نتیجه میرسد: جهان در گذشته متفاوت بوده است. آنها میتوانند محاسبه کنند که چقدر متفاوت بوده، و از آنجا تعیین کنند «گذشته» چه مدت پیش بوده است.
و این یعنی میتوانیم یک ساعت جهانی بسازیم.
