آیا جهان‌های موازی صحت دارند

آیا جهان‌های موازی صحت دارند؟

مجله علمی ایران : ایده وجود جهان‌های موازی – یا همان وجود بی‌نهایتْ جهان دیگر به موازات جهان ما – مورد استقبال بسیاری از فیزیکدانان قرار گرفت. اما عده دیگر بر این باورند که ایده جهان‌های موازی یک مزخرف به تمام معنا است!

به گزارش Science Friday ; واقعیت‌های جایگزین، ابعاد موازی، فرضیه چند جهانی یا جهان‌های موازی. نامش را هر چه می‌خواهید بگذارید؛ اما مفهومِ “وجود نسخه‌های دیگر هستی” یکی از محبوب‌ترین ایده‌های دنیای علمی – تخیلی است. در جهان دیگر، احتمالا شما مشغول خواندن این متن نیستید و دارید تمرین هوانوردی‌تان را انجام می‌دهید. در جهانی متفاوت با جهان قبلی، احتمالا یک سوسک باشید و نه یک انسان؛ در جهان چهارم، شاید حیات به کل ممکن نباشد و حتی اتم‌ها هم در آن وجود نداشته باشند.

در سال‌های اخیر، این ایده‌های ظاهرا احمقانه از خیالپردازی و حدس و گمان به عنوان یکی از رویه‌های محبوب نزد دانشمندان بدل گشته است. ایده وجود جهان‌های موازی دیگر حتی میان فیزیکدانان نیز طرفدار دارد.

به لحاظ تئوری می‌توان تصور کرد که چندین جهان در ورای جهان ما وجود دارد همانطور که می‌توان فرض کرد در دریایی جوشان هزاران هزار حباب وجود دارد! گرچه ما هیچ اطلاعی در مورد حباب‌های دیگر نداریم، اما هر حباب تابع قوانین فیزیکی خاص خود است. گروهی از فیزیکدانان نیز می‌گویند که مدارک بیشتری نسبت به امکان وجود جهان‌های موازی در دست است و حتی می‌توان آن را محتمل دانست.

الکس وایلنکین (Alex Vilenkin)، فیزیکدان دانشگاه تافتس آمریکا می‌گوید: «پانزده سال پیش اگر صحبتی از جهان‌های موازی به میان می‌آمد، فیزیکدانان آن را به سخره می‌گرفتند اما حالا شاهد تغییرات بی‌شماری هستیم.»

با این حال اما مفهوم جهان‌های موازی همچنان موضوعی جنجالی نزد دانشمندان است. بسیاری از دانشمندان نگاهی تردیدآمیز به آن دارند و برخی نیز آن را به کل رد می‌کنند. اما برخی مانند وایلنکین معتقدند که باید آن را جدی گرفت.

110634_887

پارادوکس گربه شرودینگر
چندین دهه است که دانشمندان حول محور “جهان‌های موازی” گمانه زنی می‌کنند. به مثال زیر که گاهی به صورت پارادوکس تعریف می‌شود، خوب توجه کنید:

گربه شرودینگر یک آزمایش فکری است که در سال ۱۹۳۵ از سوی اروین شرودینگر، فیزیکدان اتریشی، ابداع شد. بر اساس اين آزمايش فرضي، گربه‌اي درون يك جعبه حاوي مواد منفجره يا به فرض خود شرودينگر، حاوي یک شیشه گاز سیانور، یک چکش، یک حسگر راديو‌اكتيو و یک منبع راديواكتيو (ابزاري كه منجر به مرگ گربه شود) قرار داده می‌شود كه احتمال انفجار يا منفجر نشدن، يا نشت گاز و عدم نشت گاز پس از بسته شدن در جعبه ۵۰-۵۰ است. فرض کنید گربه‌ای در چنين جعبه‌ای محبوس است. ذرات راديواكتيو به صورت نامنظم تابش می‌کنند يعني احتمال فروپاشي ذرات و آزاد شدن انرژي از آن‌ها ۵۰ درصد در نظر گرفته مي‌شود. از اين رو اگر بر اساس احتمال ۵۰ درصدي تابش راديواكتيو، پس از يك ساعت فردي بخواهد در جعبه را باز كند، گربه ۵۰ درصد مرده و ۵۰ درصد زنده است، اما پس از باز كردن در جعبه گربه قطعاً يا مرده است و يا زنده‌. يعني در كمتر از يك لحظه احتمال مرده يا زنده بودن گربه به يقين تبديل مي‌شود. آنچه اين سناريوي گيج‌كننده فرضي را پيچيده‌تر مي‌كند اين است كه تا زماني كه در اين جعبه فرضي بسته باشد، از نظر فيزيك كوانتوم گربه در حالتي به نام برهم‌نهی قرار دارد، يعني هم مرده است و هم زنده؛ زيرا گربه بايد در يكي از اين دو حالت باشد و نمي‌تواند در هيچ يک از اين دو حالت نباشد.

هیو اورت (Hugh Everett)، فیزیکدان قرن بیستم مشهور آمریکایی، در سال ۱۹۵۷ میلادی شیوه‌ای جدید برای تفسیر پارادوکس‌های عجیب مطرح شده در فیزیک کوانتوم را پیشنهاد داد: مثلا اینکه چگونه یک ذره می‌تواند همزمان در دو حالت باشد؛ یا اینکه چگونه گربه شرودینگر می‌تواند همزمان زنده و مرده باشد. اورت پیشنهاد داد زمانی که شما به ذره یا گربه می‌نگرید، دو واقعیت به طور همزمان از هم فاصله می‌گیرند: گربه در یک واقعیت زنده و در واقعیت دیگر مرده است. فیزیکدانان رویکردِ اورت به آن پارادوکس‌ها را حاوی تفسیر ناشی از وجود فرضیه‌ی چند جهانی در مکانیک کوانتوم برداشت کردند.

این فرضیه چند جهانی در واقع به همان جهان‌های موازی اشاره دارد: جهان‌هایی که در نواحی دیگر فضای ریاضیاتی و انتزاعی قرار گرفته و برای همیشه از یکدیگر فاصله گرفته‌اند. امروزه اما گرچه گروهی اندک از فیزیکدانان به این رویکرد معتقد هستند ولی مبحث جهان‌های موازی همچنان در فیزیک کوانتوم جای دارد.

تعریفی متفاوت از جهان‌های موازی
در اوایل دهه ۸۰ میلادی بود که فیزیکدانان متوجه شدند که می‌توان تعریفی متفاوت از جهان‌های موازی ارائه داد: اینکه جهان‌های دیگر بر خلاف باور گذشته در فضای انتزاعی و موازی متفاوتی وجود ندارند، بلکه در همین بستر فضا و زمان موجود اما در نقطه‌ای کاملا دور به نسبت جهان ما وجود دارند. تعریف شگفت انگیزی از جهان‌های موازی بود اما به نظر می‌رسید که این “جهان‌های حباب مانند مذکور” حاصل تصویر جدیدی بود که در زمینه کیهان شناسی در حال شکل‌گیری بود.

الن گوث (Alan Guth) که در حال حاضر فیزیکدان دانشگاه MIT آمریکا است، در سال ۱۹۸۰ میلادی پیشنهاد داد که در نخستین لحظات پس از بیگ بنگ (مهبانگ یا انفجار بزرگ)، جهان به سرعت مانند بادکنک منبسط شد و سپس به حالت انبساط عادی خود بازگشت. همین دوره تورمی موقتی، به قول گوث، که ناشی از نوعی گرانش دافعه‌ای بود، می‌تواند به خوبی توضیح دهد که چرا کیهان صاف و تخت است؛ همین ویژگی‌ها موجب سردرگمی کیهان‌شناسان شده بود.

110630_617

امروزه غالب کیهان شناسان مفهوم کلی تورم را پذیرفته‌اند و تاکنون چندین مدل کلی برای توضیح آن انبساط سریع را ارائه داده‌اند. گوث می‌گوید: «به مرور زمان مدل‌های مربوط به توضیح انبساط پس از بیگ بنگ بهتر و بهتر شده‌اند.»

برای مثال در طول چند دهه گذشته ماموریت ماهواره‌ای ناسا به نام کاوشگر ناهمسان‌گرد ریزموجی ویلکینسون (‎Wilkinson Microwave Anisotropy Probe‎) با نام اختصاری WMAP و ماهواره پلانک سنجش‌های دقیقی از “تابش زمینه کیهانی” (پستاب انفجار بزرگ) انجام داده و دریافته‌اند که الگوهای ظریف آن با پیش‌بینی‌های تورمی مهبانگ مطابقت دارند. کیهان‌شناسان همچنین می‌توانند به کمک این تابش‌ها، چگالی جرم جهان را اندازه‌گیری کنند؛ گوث معتقد است این مقدار برابر با نیم درصد پیش‌بینی تورم خواهد بود.

اندرو لیدل، کیهان شناس دانشگاه ادینبورو می‌گوید: «شواهد بسیار قوی وجود دارد. اکثریت مردم مفهوم تورم کیهانی را معقول می‌دانند و انتظاری نمی‌رود که فرضیه دیگری بتواند جای آن را بگیرد.»

گوث و دیگر دانشمندان پیشرو در نخستین سال‌های پس از ارائه تئوری تورم کیهانی دریافتند که می‌تواند برداشت‌های جالب دیگری را به معادله‌شان بیفزایند: اینکه تورم کیهانی ابدی است و فقط در یک ظرف فضاییِ حبابْ مانند می‌توان آن را متوقف کرد. وایلنکین توضیح می‌دهد: «فضای بین حباب‌ها، که همچنان در حال تورم هستند، برای تشکیل حباب‌های جدید کافی است. فضای در حال تورم کیهانی، آنقدر سریع منبسط می‌شود که تقریبا هیچ چیزی از توان کافی برای رسیدن به مرزهای آن برخوردار نیست. بنابراین هر یک از آن حباب‌ها عملا جهانی مجزا و منزوی را تشکل می‌دهند.» با توجه به تصویر فوق، جهان ما تنها یکی از آن جهان‌های حبابی شکل را تشکیل می‌دهد.

وایلنکین در سال ۱۹۸۳ میلادی پی برد که رایج‌ترین مدل‌های تورم کیهانی وجود جهان‌های موازی را پیش‌بینی کرده‌اند. مدل‌هایی که آن را رد می‌کردند، به اعتقاد او غیر واقعی بودند. آندریاس آلبرشت، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید: «با ساده‌ترین فرضیات به تورم ابدی و جهان‌های موازی خواهید رسید. اگر در آن زمینه محافظه‌کارانه برخورد کنید، رادیکال خواهید شد.»

110635_761

انرژی تاریک
احتمالا مهمترین سند وجود جهان‌های موازی را باید نیروی مرموزی به نام “انرژی تاریک” دانست. ستاره‌شناسان در سال ۱۹۹۸ میلادی دریافتند که کیهان با سرعت بیشتری در حال انبساط است – این سرعت زیاد بعدها به انرژی تاریک نسبت داده شد.

در کیهان‌شناسی، انرژی تاریک نوع ناشناخته‌ای از انرژی است که همه فضا را در بر می‌گیرد و سرعت انبساط جهان را می‌افزاید. انرژی تاریک، مقبول‌ترین فرضیه برای توضیح مشاهدات اخیر است که می‌گویند جهان با آهنگ رو به افزایشی و با شتاب منبسط می‌شود.

نرخ سرعت انبساط جهان به عددی بستگی دارد که با نام “ثابت کیهان شناسی” (چگالی انرژی ثابت که به طور همگن جهان را پر می‌کند) شناخته می‌شود. اما آنچه فیزیکدانان را سردرگم کرده این است که یکای ثابت کیهان‌شناسی بر اساس ادراک آن‌ها از نیروها و ذرات هستی، باید ۱۰۱۲۲ برابر بزرگتر از آن چیزی باشد که در حال حاضر اندازه‌گیری شده است. آن‌ها هیچ ایده‌ای ندارند که چرا ارزشِ اندازه‌گیری شده تا این اندازه کوچک است ولی می‌دانند که این اتفاق باید در جهان‌های موازی توجیهی داشته باشد.

ثابت کیهان‌شناسی می‌تواند در جهان‌های موازی متغیر باشد
استیون واینبرگ (Steven Weinberg)، فیزیکدان مشهور آمریکایی و محقق دانشگاه تگزاس در آستن، پس از تحقیق در مورد ارزش ثابت کیهان‌شناسی در دهه ۸۰ میلادی نشان داد که ثابت کیهانی در جهان‌های موازی می‌تواند متغیر باشد. وی معتقد بود که دلیل کم بودن ثابت کیهانی در جهان ما این است که کهکشان‌ها و حیات فقط در ثابت‌های کوچک قادر به رشد هستند. اما اگر ثابت کیهانی عدد بزرگی باشد، جهان حاصل پیش از ادغام اتم‌ها از هم جدا می‌شود. از این رو، تنها درصد بسیار کوچکی از کیهان‌ها وجود دارند که دارای ثابت کیهانی پایین و مناسب برای تشکیل حیات هستند. شاید ما به اندازه کافی خوش‌شانس بوده‌ایم که بر روی زمین زندگی می‌کنیم.

می‌توان استدلال‌های آنتروپی مشابهی برای توضیح ثابت‌های بنیادین دیگرِ طبیعت مانند جرم نوترون را ارائه کرد. حال آنکه اگر این ثابت‌ها کمی تغییر کنند، زندگی دیگر نمی‌تواند وجود داشته باشد و هیچ کس نیز نمی‌تواند آن‌ها را اندازه گیری کند؛ ولی اگر فیزیکدانان بتوانند بر اساس اصول اولیه توضیح معقولانه‌تری در مورد جهان‌های موازی ارائه دهند، شاید بتوان گفت که چرا این ثابت‌ها تا این اندازه برای تشکیل حیات بر روی زمین دقیق اندازه‌گیری شده‌اند.

مشخص شد که تحلیل واینبرگ با گذشت زمان همچنان صحیح است. گوث می‌گوید: «زمانی که ستاره‌شناسان دریافتند که انبساط کیهان با شتاب در حال رشد است (که احتمالا دلیلش وجود انرژی تاریک است)، انتظار داشتند که ثابت کیهان شناسی عددی به توان ۱۰ برابر بزرگتر از مقدار مورد انتظار واینبرگ باشد.» از آن پس اما فیزیکدانان به اعدادی دست یافته‌اند که به رقم پیشنهادی واینبرگ نزدیک است. لیدل می‌گوید: «در حد بضاعت علمی خودم می‌گویم، در حال حاضر هیچ توضیح بهتری برای انرژی تاریک وجود ندارد.»

110632_824

نظریه ریسمان
با این وجود، نظریه ریسمان – بهترین کاندیدای فعلی برای مطرح شدن به عنوان “نظریه‌ای برای همه چیز” – شاید بتواند بستر نظری مناسب برای حمایت از ایده جهان‌های موازی را فراهم آورد. نظریه ریسمان به ابعاد اضافی‌تر در مقایسه با ابعاد فعلی (بالا/پایین، چپ/راست، جلو/عقب) نیاز دارد. این ابعاد آنقدر برای ما کوچک هستند که قادر به درکشان نیستیم ولی به روش‌های مختلقی وجود دارند و هر یک به یک جهان حبابیِ دارای قوانین مختلف فیزیک مرتبط هستند. اما مشکل نظریه ریسمان این است که هیچ شواهد تجربی از آن در دست نیست.

تهیه شواهد تجربی از جهان‌های موازی البته امری نیست که به سادگی ممکن باشد. اما محققان می‌توانند از راه‌های میانبر به این شواهد تجربی دست پیدا کنند. برای نمونه، اگر یکی از کیهان‌های حبابیِ همسایه به زمین برخورد کند، بر روی تابش زمینه کیهانی اثر می‌گذارد. ستاره‌شناسان وجود این اثر را دنبال کرده‌اند ولی هنوز به اطلاعات خاصی دست نیافته‌اند.

سیاه چاله‌ها، روشی دیگر برای اثبات جهان‌های موازی
وایلنکین و همکارانش در سال ۲۰۱۵ میلادی روشی دیگر برای اثبات جهان‌های موازی را پیشنهاد دادند: سیاه چاله‌ها. اگر جهان ما تنها یکی از جهان‌ها باشد، پس بنابراین زمانی که تورم متوقف شود باید شاهد سیاه‌چاله‌ها باشیم. در واقع، ستاره‌شناسان با اندازه‌گیری امواج فضا – زمانِ ناشی از برخوردهای سیاه‌چاله‌ای می‌توانند جرم سیاه چاله را حساب کنند و بررسی کنند که آیا به واسطه تورم کیهانی پدید آمده‌اند که این مسئله خود می‌توان حاکی از وجود جهان‌های موازی باشد.

اثبات جهان‌های موازی کار ساده‌ای نیست و بررسی شواهد مستقیم و تجربی شاید به این زودی‌ها میسر نباشد. از این رو، طرفداران نظریه جهان‌های موازی می‌توانند به “شواهد غیر مستقیم” مانند مدل‌های اصلاح شده یا تایید بی‌ابهام تورم کیهانی امید داشته باشند. اگر بررسی تابش زمینه کیهانی (Cosmic Microwave Background) دقیق‌تر انجام شود، احتمالا دانشمندان می‌توانند نظریه قوی‌تری در مورد تئوری تورم کیهانی را ارائه دهند.

اما مشکل عدم وجود شواهد مستقیم و احتمال اینکه نتوان جهان‌های موازی را به نحوی سنجید، باعث می‌شود که این مفهوم دچار ابهام شود.

آسمان بنفش و مزخرف بودن ایده جهان‌های موازی
یکی از منتقدان جدی فیزیکدانی به نام “پائول استینهاردت” است. این محقق دانشگاه پرینستون به همراه فیزیکدانان دیگر از جمله آلبرشت، گوث، آندری لینده در توسعه تئوری تورم کیهانی در دهه ۸۰ میلادی نقش مهمی داشت. اما به مجرد اینکه استینهاردت متوجه شد تورم کیهانی هیچگاه متوقف نشده است، تولد جهان‌های حبابی شکل بی‌شمار به عنوان یک مشکل بررسی کرد. به اعتقاد او، جهان‌های موازی “نقص” هستی حساب می‌شوند و نه ویژگی!

110633_278

او می‌گوید: «یک مشکل تئوریک وجود دارد. مثلا کسی به شما می‌گوید که یک تئوری در مورد آسمان آبی دارد. اولش منطقی به نظر می‌رسد اما بعد می‌‎فهمید که تئوری او نه تنها آسمان بنفش تولید می‌کند، بلکه می‌تواند آسمان نقطه نقطه‌ای را نیز تولید کند.»

استینهاردت می‌گوید: «جهان‌های موازی که در آن هر چیزی ممکن است، نمی‌تواند تمام اتفاقات را توجیه کند.» یکی از نشانه‌های یک فرآیند علمی این است که بتوان به واسطه آن پیش‌بینی‌ها را مورد سنجش قرار دارد. استینهاردت اما می‌گوید: «سنجش چیزی که همه چیز را می‌سنجد، چه معنایی دارد؟» چنین تئوری را نمی‌توان مورد سنجش قرار داد زیرا از اساس مشکل دارد. به همین دلیل، ایده جهان‌های موازی اصلا به هیچ وجه یک تئوری علمی نیست و حتی می‌توان را به جای جهان چندگانه، “مزخرف چندگانه” نامید.

مخالفان استینهاردت
برخی اما دیدگاه استینهاردت را کوته‌فکری قلمداد می‌کنند. گوث می‌گوید: «ایده ابطال پذیریِ تئوری‌ها در واقع ساده انگاشتنِ نحوه کارکرد مباحث علمی است. هیچ تئوری علمی تاکنون کاملا به اثبات نرسیده است. ساده بگویم، یک تئوری علمی قابل پذیرش آنی است که دانشمندان بتوانند به واسطه آن زنجیره‌ای از پدیده‌های علمی طبیعت را توضیح دهند.»

مشکل ابطال پذیری مورد بحث، شاید کمی فلسفی به نظر برسد. ولی مشکل عملی نیز در این رابطه وجود دارد: اینکه چگونه می‌خواهیم در جهان‌های موازی قوانین فیزیک را به کار گیریم. فیزیک در ذات خود به بررسی احتمالات رخداد یک پدیده تکیه می‌کند اما زمانی که تعداد احتمالات (در جهان‌های موازی) بی‌نهایت است، دیگر بررسی احتمالات هیچ توجیه ریاضی ندارد.

گوث می‌گوید: «اگر نسبت به احتمال رخداد یک پدیده هیچ ایده ثابتی نداشته باشید، نمی‌توانید احتمال وقوع آن را به لحاظ فیزیکی نشان دهید.»

مشکل سنجش
تلاش‌ها برای حل مشکل احتمالات – که به آن “مشکل سنجش” نیز گفته می‌شود – تاکنون با موفقیت چندانی روبه‌رو نبوده است. آلبرشت چند سال پیش پیشنهاد داد که در مبحث جهان‌های موازی، ابزارهای احتمال سنجی موجود در فیزیک عادی دیگر اعمال نمی‌شوند. وی می‌گوید: «قابل درک است که از طریق بررسی بیشتر بر روی نحوه بکارگیری احتمالات می‌توان مشکل سنجش را سرانجام حل کرد.»

این دیدگاه کمی نظر آلبرشت در مورد وجود جهان‌های موازی را نرم‌تر کرده گرچه او هنوز در این باره مردد است. او در حال حاضر معتقد است که ما به احتمال ۱۰ درصد در جهان‌های موازی زندگی می‌کنیم.

110628_133

تئوری جایگزین

با این همه، استینهاردت بر این باور است که تلاش‌های صورت گرفته برای فائق آمدن بر مشکل سنجش چیزی بیش از اعمال تغییرات موردی بر روی یک ایده معیوب و ناقص نیست. مشکلات پیرامون نظریه جهان‌های موازی آنقدر جدی هستند که کیهان‌شناسان باید به کل ایده تورم کیهانی را کنار بگذارند.

یکی از تئوری‌های جایگزین، ارائه مدل‌های “جهشی” است که بر اساس آن جهان با بیگ بنگ (مهبانگ) آغاز شد و به جای آن می‌توان گفت که «جهان همواره وجود داشته است.»

جهان پیش از مهبانگ در حال انقباض بود و پس از آن روند انبساطی را پیش گرفت. جهان در برخی از مدل‌های ارائه شده حتی زیر بار چرخه‌های بی‌نهایت انبساط و سقوط رفته است. استینهاردت می‌گوید که تورم کیهانی در این تئوری‌ها جایی ندارد و بنابراین، نامی از جهان‌های موازی مطرح نمی‌شود.

شاید پس از انسان
تنها تعداد محدودی از فیزیکدانان بر روی مدل‌های کیهان شناختیِ جهشی کار می‌کنند. گوث می‌گوید: «ایده جهان‌های موازی بیش از آنکه مورد حمایت فیزیکدانان قرار گرفته باشد، از جانب آنان تحت فشار است.» در حقیقت، این نظریه‌ها به اندازه نظریه تورم کیهانی توسعه نیافته اما استینهاردت و دانشمندان دیگر قصد دارند تا وقت بیشتری برای آن‌ها بگذارند.

در عین حال، برخی از فیزیکدانان در حال بررسی امکان وجود تئوری هستند که علیرغم اثبات تورم کیهانی، ایده جهان‌های موازی را کنار بزند. آلبرشت می‌گوید که شاید این کار میسر شود اما اثبات چنین نظریه‌ای نیازمند قوانین جدید فیزیک است. آلبرشت در تحقیقاتش به این نکته دست یافته که یک تئوری جدید تنها در صورتی کار می‌کند که بتوان فرضیات جدیدی را برای قوانین پیرامون نیروها و ذرات بنیادی فرض کرد.

از طرف دیگر اگر قرار باشد فقط به ایده تورم کیهانی بسنده کنیم به جایی نخواهیم رسید. آلبرشت می‌گوید: «تورم کیهانی نیز از پایه و اساس محکمی برخوردار نیست. البته نه بدان معنا که مسیر اشتباهی را رفته باشیم؛ بلکه همه مباحث جدید فیزیک همین خط را سیر می‌کنند. اگر قرار باشد که فیزیکدانان سر هر چیزی به تفاهم برسند که فیزیک به جایی نمی‌رسد. ممکن است زمانی ایده جهان‌های موازی درست از آب دربیاید که دیگر خبری از نوع بشر نباشد.»

منبع : فرادید




پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

چهار + 14 =