جهان در حال گسترش به چه چیزی است اگر از قبل بی‌نهایت باشد؟

وقتی یک قرص نان یا دسته‌ای از مافین‌ها را می‌پزید، خمیر را در قالبی می‌گذارید. وقتی خمیر در فر پخته می‌شود، در قالب گسترش می‌یابد. هر تکه شکلات یا زغال‌اخته در خمیر مافین هنگام گسترش خمیر از یکدیگر دورتر می‌شوند.

گسترش جهان از برخی جهات شبیه این است. اما این قیاس یک نکته را اشتباه می‌گیرد – در حالی که خمیر در قالب گسترش می‌یابد، جهان چیزی برای گسترش به درون خود ندارد. جهان فقط در درون خود گسترش می‌یابد.

این موضوع ممکن است شبیه یک معمای ذهنی باشد، اما جهان شامل همه چیز در درون خود است. در جهانی که در حال گسترش است، هیچ قالبی وجود ندارد، فقط خمیر است. حتی اگر قالبی هم وجود داشت، بخشی از جهان محسوب می‌شد و بنابراین همراه با آن گسترش می‌یافت.

حتی برای من، به عنوان یک استاد فیزیک و نجوم که سال‌هاست جهان را مطالعه کرده‌ام، این مفاهیم دشوار است. شما چیزی مشابه این را در زندگی روزمره‌تان تجربه نمی‌کنید. این مثل این است که بپرسید چه جهتی فراتر از قطب شمال است.

راه دیگری برای درک گسترش جهان، فکر کردن به حرکت دیگر کهکشان‌ها نسبت به کهکشان ما، راه شیری، است. دانشمندان می‌دانند که جهان در حال گسترش است زیرا می‌توانند حرکت کهکشان‌های دیگر را که از ما دور می‌شوند ردیابی کنند. آنها گسترش را با نرخ حرکت کهکشان‌ها از ما تعریف می‌کنند. این تعریف به آنها اجازه می‌دهد گسترش را بدون نیاز به چیزی برای گسترش به آن تصور کنند.

گسترش جهان

جهان ۱۳.۸ میلیارد سال پیش با بیگ بنگ آغاز شد. بیگ بنگ منشأ جهان را به‌عنوان یک نقطه فوق‌العاده متراکم و داغ توصیف می‌کند. این نقطه کوچک به‌طور ناگهانی یک گسترش سریع به نام تورم را تجربه کرد، که در آن هر نقطه در جهان به بیرون گسترش یافت. اما نام بیگ بنگ گمراه‌کننده است؛ این یک انفجار عظیم نبود، بلکه زمانی بود که جهان به سرعت گسترش یافت.

سپس جهان به سرعت متراکم و سرد شد و شروع به تشکیل ماده و نور کرد. در نهایت، به آنچه امروز به‌عنوان جهان خود می‌شناسیم تکامل یافت.

این ایده که جهان ثابت نیست و می‌تواند در حال گسترش یا انقباض باشد، اولین بار توسط فیزیکدان الکساندر فریدمن در سال ۱۳۰۰ منتشر شد. او به‌صورت ریاضی تأیید کرد که جهان در حال گسترش است.

در حالی که فریدمن نشان داد که جهان در حال گسترش است، دست‌کم در برخی نقاط، این ادوین هابل بود که به نرخ گسترش عمیق‌تر پرداخت. بسیاری از دانشمندان دیگر تأیید کردند که کهکشان‌های دیگر از راه شیری دور می‌شوند، اما در سال ۱۳۰۷، هابل مقاله معروف خود را منتشر کرد که تأیید کرد کل جهان در حال گسترش است و نرخ گسترش آن نیز در حال افزایش است.

رازهای گسترش

این کشف همچنان اخترفیزیک‌دانان را شگفت‌زده می‌کند. چه پدیده‌ای باعث می‌شود جهان بر نیروی گرانش که آن را کنار هم نگه می‌دارد غلبه کند، در حالی که همزمان با کشیدن اجسام در جهان، آن را گسترش می‌دهد؟ و از همه جالب‌تر، نرخ گسترش آن با گذشت زمان افزایش می‌یابد.

بسیاری از دانشمندان از تصویری به نام «قیف گسترش» برای توضیح چگونگی افزایش سرعت گسترش جهان از زمان بیگ بنگ استفاده می‌کنند. تصور کنید یک قیف عمیق با لبه‌های پهن. انتهای باریک قیف نمایانگر آغاز جهان است. هرچه به سمت راست حرکت کنید، به سمت زمان حال پیش می‌روید. عریض شدن مخروط نشان‌دهنده گسترش جهان است.

دانشمندان نتوانسته‌اند به طور مستقیم منبع انرژی‌ای که این گسترش شتاب‌دهنده را ایجاد می‌کند اندازه‌گیری کنند. آنها نتوانسته‌اند آن را شناسایی یا اندازه‌گیری کنند. به دلیل عدم مشاهده مستقیم، این نوع انرژی را انرژی تاریک می‌نامند.

انرژی تاریک و فراتر از قیف

طبق مدل‌های محققان، انرژی تاریک باید رایج‌ترین نوع انرژی در جهان باشد و حدود ۶۸ درصد از کل انرژی جهان را تشکیل می‌دهد. انرژی حاصل از ماده عادی، که زمین، خورشید و همه چیزهایی که می‌توانیم ببینیم را تشکیل می‌دهد، تنها حدود ۵ درصد از کل انرژی جهان است.

اما خارج از قیف گسترش چه چیزی وجود دارد؟
دانشمندان مدرکی از وجود چیزی فراتر از جهان شناخته‌شده ندارند. با این حال، برخی پیش‌بینی می‌کنند که ممکن است چندین جهان وجود داشته باشد. مدلی که شامل چندین جهان باشد، می‌تواند برخی از مشکلاتی را که دانشمندان با مدل‌های فعلی جهان با آن مواجه هستند حل کند.

یکی از مشکلات اصلی فیزیک فعلی این است که محققان نمی‌توانند مکانیک کوانتوم، که توصیف می‌کند فیزیک در مقیاس کوچک چگونه کار می‌کند، و گرانش، که فیزیک در مقیاس بزرگ را حاکم می‌کند، ادغام کنند.

راهی برای کارکردن این نظریه‌ها با هم، نظریه چندجهانی است. نظریه‌های زیادی وجود دارند که به فراتر از جهان فعلی ما نگاه می‌کنند تا توضیح دهند که گرانش و دنیای کوانتومی چگونه با هم کار می‌کنند. برخی از نظریه‌های برجسته شامل نظریه ریسمان، کیهان‌شناسی بران، نظریه کوانتومی حلقه و بسیاری دیگر است.

صرف‌نظر از این، جهان همچنان به گسترش خود ادامه خواهد داد و فاصله بین راه شیری و بیشتر کهکشان‌های دیگر در طول زمان بیشتر خواهد شد.