Suroosh Sanei یکشنبه 25 تیر 1396 11:00 ق.ظ نظرات ()
شاید برخی بگویند که مگر میشود چیزی از هیچ به وجود آید. حتی فیلسوفان نیز این را قبول ندارند. اما ما بر اساس فیزیک کوانتوم و اصل عدم قطعیت هایزنبرگ میدانیم که میشود چیزی از هیچ به وجود آید. درک معمول ما از هیچ اشتباه است.هیچ پر از چیز است و خالی نیست. ما تعریف اشتباهی از هیچ دازیم و فکر میکنیم که هیچ یعنی هیچی! ولی این اشتباه است. من در اینجا مطلبی را میگذارم ولی برای مطالعه ی بیشتر میتوانید به کتاب گیتی از هیچ مراجعه کنید. 

 لورنس کرواس نظریه جدیدی در فیزیک جهان شناسی مطرح کرده است که میگوید جهان تماما از هیچ پدید آمده است. روشن است که این از دو نظر مورد سوال است. اول اینکه بوجود آمدن جهانی به این بزرگی با نزدیک چهارصد بیلیون کهکشان که هر کدامشان از دویست تا چهارصد بیلیون ستاره تشکیل شده اند با “عقل سلیم” قابل هضم نیست. چطور این همه ذرات بیشمار ماده و انرژی میتواند از هیچ پدید آید؟ نکته دوم این است که در ظاهر هم که شده این نظریه قانون عام بقای انرژی را زیر پا میگذارد. قانون بقای انرژی به ما میگوید که انرژی ( و ماده) نه بوجود می آید و نه از بین میرود بلکه از شکلی به شکل دیگر تبدیل میشود. اگر ماده و انرژی نمی تواند از هیچ بوجود آید و نمی تواند از بین برود، پس این همه ستاره ها و سیاره ها و زمین و گیاهان و حیوانات و انسانها از کجا پدید آمده اند؟

 

خلاء و کانونهای ماده و انرژی

در یک تصویر کلی، وقتی به اعماق جهان نگاه می کنیم کانونها یا تجمعات یا پاکتهای ماده و انرزی را می بینیم، مثل زمین و خورشید و ستاره ها و کهکشانها و خوشه های کهکشانی، که در بطن و متن گستره های بسیار وسیعی از فضا که تقریبا خلاء مطلق هستند جا گرفته اند، درست مثل چند قایقی که در بستره یک اقیانوس وسیع شناور باشند.

 

ریشه خلاء و کانونهای ماده و انرژی

طبق نظریه بیگ بنگ یا مه بانگ یا انفجار بزرگ، کل جهان ما با تمام بسترهای وسیع خلاء و کانونهای انرژی آن نزدیک چهارده بیلیون سال پیش در یک فضای بینهایت کوچک، در یک نقطه ریاضی که طول و عرض و ارتفاع نداشت (ابعادش صفر بود) جمع شده بودند و انفجار این نقطه ریاضی باعث پدید آمدن جهان ما شد. این واقعیت از این مشاهده نتیجه میشود که وقتی ما امروز به جهان نگاه می کنیم می بینیم که کهکشانها دارند بطور مداوم و با سرعتی هر چه بیشتر از هم فاصله میگیرند. بنابر این ما هر چه به گذشته های دورتر نگاه می کنیم این کهکشانها باید به همدیگر نزدیکتر و نزدیکتر بوده باشند، و بالاخره زمانی باید به هم وصل بوده باشند. اما اگر این همه ماده و انرژی در فواصل نزدیک به هم قرار بگیرند نیروی جاذبه آنها را به هم نزدیکتر و نزدیکتر خواهد کرد و در هم فرو خواهد برد. هر چه کانونهای ماده و انرژی بیشتر به هم نزدیکتر شوند نیروی جاذبه بین آنها بیشتر خواهد بود و به بینهایت میل خواهد کرد و نهایتا به همان نقطه ریاضی سوق خواهد یافت. نطفه های بستر وسیع خلاء و کانونهای انرژی در شکل و شمایل جهان در سیصد هزار سال بعد از تولد آن قابل مشاهده است. این شکل و شمایل جهان “پش زمینه مایکرو ویو کیهانی” یا “cosmic microwave background” نامیده میشود.

یادداشت:

مایکرو یعنی کوچک و ویو یعنی موج. مایکرو ویو یعنی موج کوچک. یا به عبارت دقیق تر مایکرو ویو یعنی موج الکترومغناطیس با طول موج کوچک.

مایکرو ویو یک نوع موج الکترو مغناطیس است که با چشم قابل مشاهده نیست. از این موج در دستگاه مایکرو ویو برای گرم کردن غذا استفاده میشود. امواج مایکرو ویو با مولکولهای آب که بلحاظ بار الکتریکی قطبی هستند برخورد می کنند و آنها را به حرکت چرخشی وا می دارند. این حرکت چرخشی بخاطر اصطکاک مولکولها با همدیگر باعث گرم شدن آب میشود. نور هم یک نوع موج الکترومغناطیس هست که از رنگهای مختلف تشکیل شده است که ما آنها را در رنگین کمان می بینیم . هر کدام از این رنگها طول موج مشخصی دارند. طول موج مایکرو ویو از طول موج نور معمولی (مثل نور خورشید یا چراغ) کمتر است.

 

پیش زمینه مایکرو ویو

سصد هزار سال بعد از تولد جهان بخاطر دمای زیاد اتمها به ذرات باردار شکسته شده بودند. بجای اتمهای هیدروژن و هیلیم و لیتیوم ما الکترونها و پروتونها را داشتیم که بارهای منفی و مثبت داشتند. وقتی ماده بشکل ذرات باردار وجود دارد به آن پلاسما یا پلازما گفته میشود. نور در ماهیت خود امواج الکترومغناطیس است و با ذرات باردار (که خاصیت الکتریک و مغناطیس دارند) وارد واکنش میشود. این بود که نور در پلاسما بطور مرتب در مسیر حرکت خود با ذرات باردار برخورد میکند و از مسیر حرکت خود در خط مستقیم منحرف میشود. شما یک موج یا ذره نور را در نظر بگیرید که در سوپ ذرات باردار مرتبا و مداوما مسیرش بخاطر برخورد با ذرات باردار کج و منحرف میشود. این نور نهایتا نمی تواند راه خود را به خارج از این سوپ پیدا کند و در داخل این سوپ می ماند. بخاطر همین هم جهان پیش از سیصد هزار سال بعد از تولد جهان تشعشع نداشت و تاریک بود. این برهه از تاریخ جهان زمانی هست که الکترونها و پروتونها به هم می پیوندند و اتمها را تشکیل میدهند. اتمها از بارهای مساوی مثبت و منفی تشکیل شده اند و بنابر این در مجموع خنثی هستند. با تشکیل اتمهای خنثی هست که جهان شروع می کند به تابش یا تشعشع. بنابر این جهان قابل مشاهده به بعد از این برهه مربوط است.

 

پیش زمینه مایکرو ویو مثل اثر انگشت جهان بعد از سیصد سال از عمر آن است. محل، اندازه، و موقعیت کانونهای ماده ای که ما امروز مشاهده می کنیم در محل و اندازه و موقعیت این کانونها در پیش زمینه مایکرو ویو شکل گرفته اند و به آن مربوط هستند. میشود اینطوری فکر کرد که مثلا کهکشان راه شیری ما در دوره مایکرو ویو به اندازه یک دانه بسیار کوچکتر از یک دانه گندم بوده و همین موقعیت را نسبت به کهکشانهای دیگر داشته که امروز دارد. پیش زمینه مایکرو ویو در حقیقت تصویر یا عکس جهان امروز ما (حدود چهارده بیلیون سال بعد از تولد جهان) در سیصد سال پیش از تولد جهان هست. جهان امروز ما مثل یک انسان بالغی هست که پیش زمینه مایکرو ویو عکسی از اولین لحظات تولد آن می باشد.

 

جرم و شکل جهان

جرم و شکل جهان به هم مربوط هستند. طبق نسبیت عام انشتین انحنا یا میزان خمیدگی جهان به وزن آن مربوط است. هر پدیده مادی به تناسب جرم خودش فضا و زمان اطراف خود را انحنا میدهد یا خم می کند. مثلا جرم زمین حدود شش ضربدر ده بتوان بیست و چهار است و فضای اطراف خود را بتناسب آن خم می کند طوری که ماه در این فضای انحنا یافته در گردش است. خوشید جرمش حدود یک میلیون برابر زمین است و فضای اطراف خود را تا دور دستها خم کرده است طوری که زمین و سیارات دیگر بدور آن در گردش هستند. هر کدام از ما انسانها هم فضای اطراف خود را بتناسب وزن خود خم می کنیم اما این خمیدگی بسیار کمتر از آن است که چیزی اطراف ما بگردش در آید. بخاطر این رابطه جرم و انحنا یا جرم و شکل است که ما میتوانیم با بدست آوردن شکل یا انحنای جهان جرم یا وزن آن را هم محاسبه کنیم.

برای محاسبه شکل جهان لازم است بتوانیم یک مثلث بزرگی که بخش وسیعی از آسمان یا فضا را در بر میگیرد تشکیل دهیم. این مثلث در وضعیت کنونی جهان بسختی قابل تشکیل است، اما در دوره پیش زمینه مایکرو ویو که جهان بسیار کوجکتر بود ساده تر شکل میگیرد. ما با تلسکوپهای بسیار قوی که امواج مایکرو ویو را دریافت و مورد تحلیل قرار میدهند میتوانیم از جهان خود در این دوره شکل بگیریم و موقعیت کانونهای ماده را در آن مشخص کنیم. این اشکالی که از زوایای مختلف بدست می آیند یک تصویر نسبتا روشن از شکل و شمایل و گستره جهان بدست میدهند.

اگر ما زاویه یک درجه (۱ درجه) بین تلسکوپ و دو نقطه روی پیش زمینه تشکیل دهیم، می توانیم با مطالعه امواج مایکرو ویو فاصله بین دو نقطه را حساب کنیم. طبق محاسبات ریاضی، اگر فاصله بین این دو نقطه حدود ۱۰۰ هزار سال نوری باشد (فاصله ای که نور با سرعت ثابت خود طی یک سال طی می کند –  فاصله زمین تا خورشید ۱۵۰ میلیون کیلومتر است و نور این فاصله را در عرض هشت دقیقه طی می کند) شکل جهان مسطح است. اگر شکل جهان باز باشد، مثل پالان الاغ، فاصله کوچکتر است. اگر شکل جهان بسته باشد، مثل کره زمین که گرد است، فاصله بزرگتر میشود. اندازه گیری عملی این فاصله توسط تلسکوبها و ماهواره ها نشان میدهد که جهان مسطح است، یعنی بشکل یک برگ کاغذ است، البته برگی که برجستگی هایی دارد، مثل کاغذی که ذرات گرد و غبار روی آن نشسته باشد.

 

مسطح بودن جهان نشانه این است که رابطه بین نیروی جاذبه بین کهکشانها و ذرات ماده با نیروئی که مداوما فضا را گسترش میدهد و موجب دور شدن کهکشانها و شتاب آنها میشود طوری هست که نه نیروی جاذبه در آن حدی هست که کانونهای ماده یا کهکشانها را بهم نزدیک کند و باعث بهم آمدن آنها و بسته شدن شکل جهان شود، و نه نیروی دافعه ای که فضا را گسترش میدهد و کهکشانها را از هم دور میکند در حدی هست که بتواند کهکشانها را با سرعتی سرسام آور از هم دور کند و جهان را تا بینهایت رقیق سازد. جهان مسطح با سرعتی قابل محاسبه و تحت کنترل دائما گسترش می یابد.

 

مجموع جرم و انرژی جهان صفر است

مسطح بودن جهان نشانه این است که جرم جهان صفر است. یعنی مجوع جرم و انرژی کل جهان صفر است. یعنی رابطه بین اجزاء اساسی هستی که عبارتند از ۱. ماده و انرژی قابل مشاهده، ۲. ماده تاریک، و ۳. انرژی تاریک، طوری هست که مجموع اینها صفر است. همین “صفر” بودن مجموع اجزاء هستی هست که پدید آمدن جهان از “هیچ” را ممکن و ثابت می کند.

چطور جرم جهان صفر است؟

 

ما هر روز که به آسمان نگاه میکنیم هزاران ستاره ای را می بینم که جرم متوسط هر کدام باندازه جرم خورشید ماست. جرم خورشید چیزی حدود جرم یک میلیون زمین است، یعنی نزدیک ۲ ضربدر ۱۰ بتوان ۳۰ کیلوگرم، یعنی دو ضربدر ده با سی صفر در جلوی آن. چطور است که با وجود حدود ۴۰۰ بیلیون کهکشان که هر کدام حدود ۳۰۰ بیلیون ستاره مثل خورشید ما دارند مجموع جرم یا انرژی جهان صفر است؟ در حالی که ما میدانیم انرژی نهفته در یک بمب اتمی کوچک اینقدر بود که در یک چشم بهم زدن صدها هزار انسان را در هیروشیما سوزاند و جزغاله کرد. جواب در فیزیک کوانتوم است.

 

فیزیک کوانتوم

فیزیک کوانتوم فیزیک مربوط به ذرات کوچک است، مثل اتم که قطری حدود یک تقسیم بر ده بتوان ده متردارد، یعنی ۱  متر  را ده بار به عدد ده تقسیم بکنید، و مثل الکترونها و پروتونها و کورکها که بمراتب کوچکتر از اتم هستند. البته آزمایشات نشان داده اند که مولکولهای کوچک هم رفتار کوانتومی دارند.

ذرات کوچک رفتارهایی دارند که عجیب و غریب بنظر میرسند و با مشاهدات هر روزه ما در دنیای ماکرو (دنیای اجسام یا اشیاء بزرگتر از مولکولها، مثل ذرات شن و نمک و شکر و توپ و مگس و …) خوانائی ندارند. از جمله این رفتارها میتوان به داشتن خاصیت دوگانه موج و ذره (یعنی مثلا یک الکترون هم بشکل موج رفتار می کند و هم بشکل ذره)، وجود یا حضور در چند یا بینهایت محل در آن واحد (مثلا یک الکترون میتواند در تک تک نقاط دور هسته در آن واحد حضور داشته باشد)، و داشتن حرکت دورانی در جهت عقربه های ساعت و خلاف آن در آن واحد اشاره کرد. اما رفتاری که به بحث ما مربوط است این است که در یک فضائی که از تمام ذرات ماده تهی شده باشد، ذرات کوچک بطور مدام بوجود می آیند و بسرعت از بین میروند. یعنی فضای خالی یا خلاء مثل یک کتری در حال جوش است که حبابها بسرعت پدیدار میشوند و بسرعت هم ناپدید میگردند. تفاوت در این است که در خلاء کامل آبی برای جوشیدن نیست. این ذراتی که مثل حبابهای آب در خلاء ظاهر میشوند دارای انرژی و جرم هستند. این جرم و انرژی را از کجا می آورند؟ جواب این است که از فضا. از فضای خالی. چطور میشود از فضائی که تهی از هر گونه ماده و انرژی هست ماده و انرژی یا همان ذرات پدید آیند و ظاهر شوند؟

 

جواب این است که در دنیای کوانتوم یا ذرات کوچک ذرات حاوی ماده و انرژی میتوانند از فضای خالی انرژی قرض بگیرند، ظاهر شوند، انرژی را پس دهند، و ناپدید گردند. همانطور که کارگران ثروت تولید می کنند و سرمایه داران آن را تصاحب می کنند، ذرات میتوانند به نوعی ماده و انرژی را از فضای خالی تصاحب کنند. تفاوت در این است که سرمایه دارن ثروت تصاحب شده را پس نمی دهند ولی ذرات انرژی تصاحب شده را پس میدهند. ربط این قرض گرفتن و پس دادن ماده و انرژی از فضای خالی یا خلاء توسط ذرات کوچک به بحث پدید آمدن جهان از هیچ کجاست؟

 

جهان در کل رفتار کوانتومی دارد

همانطور که ذرات کوچک از خلاء (هیچ) انرژی قرض می کنند و پس میدهند، تولد و بقای جهان هم به همین شکل است. مجموع ماده و انرژی نهفته در کهکشانها و ستاره ها و مگس و اتم و الکترون و کورک انرژی قرض گرفته شده ایست از خلاء یا هیچ. نکته اینجاست که آنسوی این ماده و انرِژی فی الحال موجود و نهفته در کانونهای ماده و انرژی با انرژی منفی نهفته در خلاء معادل است. انرژی مثبت نهفته در کانونهای ماده وانرژی با انرژی مثبت نهفته در خلاء معادل است. اما لازمه این معادله و این رفتار جهان در کلیت خود این است که جهان در کل رفتار کوانتومی داشته باشد.

 

اول اینکه کوانتومی بودن جهان در کلیت خود نباید چیز عجیبی باشد، بخاطر اینکه ذرات تشکیل دهنده جهان رفتار کوانتومی دارند و این رفتار، همانطور که گفته شد، تا سطح مولکولها تداوم می یابد. علت اینکه ما رفتار کوانتومی را در دانه های شن و شکر و در مگس و انسان و کوه و کره زمین نمی بینیم این است که رفتارهای کوانتومی بشکل احتمالات عمل می کنند. مثلا وقتی ما از مکان یا موقعیت وجود الکترون در یک نقطه خاص پرسش می کنیم جواب پرسش بشکل یک احتمال داده میشود نه یک قطعیت. الکترون در مدار هسته اتم هیچ جای مشخصی ندارد و در عین حال همه جا هست، احتمال وجود آن در فلان نقطه مشخص میتواند از بهمان نقطه مشخص بیشتر باشد یا کمتر، اما الکترون همه جا هست. وقتی تعداد زیادی از ذرات کنار هم قرار میگیرند و یک جسم یا شیء مثل دانه شکر را تشکیل میدهند این احتمالات با هم جمع و تفریق و ضرب و تقسیم می شوند و در مجموع یک رفتار قابل پیش بینی و قطعی را بدست می دهند. یک دانه شکر همیشه تنها و تنها یک مکان یا نقطه مشخص را اشغال می کند و می توان آنرا با قطعیت نزدیک به یقین اندازه گرفت و نشان داد.

 

دوم اینکه احتمال داده میشود که جهان در بدو تولد خود در کل یک پدیده کوانتومی بوده است. اولا که در مراحل اولیه خود جهان به همان اندازه اتم و یا کوچکتر بوده است. ثانیا احتمال داده میشود که در شرایطی که کل جرم و انرژی جهان در یک نقطه ریاضی جمع میشود و در نتیجه نیروی جاذبه به بینهایت میل می کند، این نقطه رفتار کوانتومی از خود نشان میدهد.


داستان زیبائی است: همه چیز از هیچ متولد شده است. مثل فیزیک کوانتوم عجیب و غریب است.

گیتی از هیچ 3