آخرالزمان کیهانی چیست و آیا کسی می‌تواند از آن جان سالم به در ببرد؟

در پایان یافتن حیات روی زمین و نابودی کامل سیاره‌ی آبی‌مان شکی وجود ندارد؛ در واقع با کمک علم، حتی زمان این اتفاق را نیز با تقریب خوبی می‌دانیم. اما سرنوشت جهان هستی به چه شکل رقم خواهد خورد؟ آیا کسی می‌تواند از آخرالزمان کیهانی جان سالم به در ببرد؟ علم پایان کائنات را چطور پیش بینی می‌کند؟

زمین نهایتاً تا ۶ میلیارد سال دیگر از بین خواهد رفت و به احتمال زیاد حتی مدت‌ها قبل از نابودی سیاره‌مان، دیگر حیاتی بر روی آن وجود نخواهد داشت. خورشید در حال مرگ، در حالی که در راه تبدیل شدن به یک غول سرخ مرتباً بزرگ‌تر می‌شود، گهواره‌ی بشریت را خواهد بلعید.

اما زمین تنها یکی از سیارات منظومه‌ی شمسی و خورشید تنها یکی از ستاره‌های کهکشان راه شیری است. صدها میلیارد ستاره در کهکشان راه شیری وجود دارند و تعداد کهکشان‌ها در «جهان قابل رویت» نیز به صدها میلیارد عدد می‌رسد. نابودی زمین و منظومه‌ی شمسی کوچک‌ترین تاثیری روی سرنوشت نهایی عالم هستی نخواهد گذاشت.

در مقایسه با سرنوشت زمین و خورشید، در مورد چگونگی پایان یافتن جهان هستی از نظر علمی قطعیت کمتری وجود دارد. درک فعلی ما از فیزیک، چندین سناریوی احتمالی در مورد آخرالزمان کیهانی پیشنهاد می‌دهد و همچنین به ما می‌گوید که چطور ممکن است بتوانیم از آن جان سالم به در ببریم.

انجماد بزرگ

اولین سرنخ‌ها از پایان جهان هستی را ترمودینامیک در اختیار ما قرار می‌دهد. در دنیای فیزیک، ترمودینامیک مانند مبلغان آخرالزمان است؛ با پلاکارد بزرگی آویخته از گردنش که روی آن نوشته: «مرگ گرما نزدیک است.»

بر خلاف آنچه از نام این سناریوی احتمالیِ پایان یافتنِ جهان ممکن است به نظر برسد، «مرگ گرمایی» یک پایان جهنم گونه نخواهد بود؛ بلکه به معنای پایان یافتن تمامی اختلاف حرارت‌ها در همه جای عالم هستی است. اگر از این سناریو ناامید شده‌اید و به نظرتان به هیجان انگیزی پایانی جهنمی نیست، باید بدانید که مرگ گرمایی جهان به مراتب بدتر از دیگر سناریوها است.

اما زمانی که دنیا به مرگ گرمایی برسد، همه چیز در همه جا دمای یکسانی خواهد داشت و این یعنی دیگر هیچ اتفاق جالبی رخ نخواهد داد. تمامی ستارگان خواهند مرد و تمامی مواد از بین خواهند رفت و در نهایت، کائنات تبدیل به سوپی از ذرات و تابش‌های پراکنده خواهد شد. حتی انرژی این سوپ بی جان نیز با گذشت زمان ضعیف‌تر خواهد شد و در نهایت، دمای تمامی کائنات تنها به اندکی بالاتر از صفر مطلق خواهد رسید.

در سناریوی مرگ حرارتی یا «انجماد بزرگ» (Big Freeze)، جهان هستی در نهایت به صورت یکنواختی سرد، مرده و خالی خواهد شد.

پس از توسعه‌ی ترمودینامیک در اوایل قرن ۱۹ میلادی، مرگ حرارتی تنها سناریوی ممکن برای پایان یافتن جهان هستی تصور می‌شد؛ اما ۱۰۰ سال پیش، تئوری نسبیت عام آلبرت اینشتین سرنوشت بسیار دراماتیک‌تری را برای پایان عالم هستی پیشنهاد داد.

مَه‌رُمب یا فشردگی بزرگ

نسبیت عام می‌گوید که ماده و انرژی می‌توانند ساختار فضا و زمان را دستخوش تغییر کنند. رابطه‌ی بین فضا-زمان و ماده-انرژی در کل جهان صادق است. بنا به نظریات اینشتین، میزان «چیز»های موجود در جهان سرنوشت نهایی آن را تعیین می‌کند.

نظریه پیش بینی می‌کند که جهان به صورت کلی یا باید در حال انبساط باشد یا منقبض شود. در هر صورت جهان نمی‌تواند به یک اندازه باقی بماند. اینشتین این موضوع را در سال ۱۹۱۷ متوجه شد و به قدری نسبت به آن بی علاقه بود که این باور خود را از دیگران پنهان می‌کرد.

اگر جهان در حال گسترش باشد، باید زمانی در گذشته بسیار کوچک‌تر از وضعیت فعلی‌اش بوده باشد. این درک ناگهانی منجر به پیشنهاد تئوری بیگ بنگ شد؛ ایده‌ای که می‌گوید جهان از وضعیتی بسیار کوچک شروع شده و سپس فوق العاده به سرعت گسترش یافته است. جالب است بدانید همین حالا هم می‌توانیم تابش ناشی از انفجار بیگ بنگ را در تابش پس زمینه‌ی کهکشانی (جریان ثابتی از امواج رادیویی که در تمام جهات در فضا منتشر می‌شوند) پیدا کنیم.

با توجه به نسبیت عام، سرنوشت هستی به این سوال ساده بستگی دارد: آیا کائنات به گسترش خود ادامه خواهد داد؟

در صورتی که جهان فقط از «چیزهای» معمولی مانند مواد و نور ساخته شده باشد، پاسخ این پرسش به مقدار این چیزها بستگی دارد. مواد بیشتر به معنای جاذبه‌ی بیشتر است که همه چیز را به سمت هم جذب می‌کند و باعث کاهش سرعت انبساط عالم می‌شود.

اگر مقدار مواد موجود در عالم از حد مشخصی کمتر باشد، نیروی جاذبه برای کنترل انبساط ناشی از بیگ بنگ کافی نخواهد بود و گیتی تا ابد به گسترش خود ادامه خواهد داد. در این صورت همان سرنوشت «انجماد بزرگ» در انتظار جهان خواهد بود.

اما اگر مقدار مواد از حدی بیشتر باشد، این انبساط سرانجام کند و متوقف خواهد شد و سپس جهان شروع به انقباض می‌کند. جهان منقبض شونده هر چه کوچک‌تر شود، داغ‌تر و چگال‌تر می‌شود و در نهایت در یک نقطه جمع خواهد شد. این فرآیند که به نوعی معکوس بیگ بنگ است، مه‌رمب یا فشردگی بزرگ (Big Crunch، بیگ کرانچ) نام دارد.

در طول قرن بیستم اخترشناسان مطمئن نبودند که کدام یک از این سناریو‌ها ممکن است اتفاق بیفتد. آن‌ها با استفاده از آمارگیری کهکشانی سعی داشتند مقدار تمامی مواد موجود در عالم را محاسبه کنند. مشخص شد که مقدار مواد موجود در عالم بسیار به «میزان بحرانی» نزدیک است. با در نظر گرفتن عدم قطعیت و احتمال خطای محاسباتی، سرنوشت جهان در هاله‌ای از ابهام قرار گرفت.

این شرایط اواخر قرن بیستم میلادی تغییر کرد. در سال ۱۹۹۸، دو تیم مختلف از اخترشناسان کشف شگفت‌انگیزی را اعلام کردند: سرعت گسترش جهان ثابت نیست، بلکه با شتاب در حال افزایش است! این کشف اولین شاهد برای وجود «ماده‌ و انرژی تاریک» به شمار می‌رفت چرا که ماده و انرژی معمولی که ما می‌شناسیم نمی‌توانند باعث این رفتار عجیب جهان شوند.

وجود انرژی تاریک به معنای این است که دیگر «مقدار مواد موجود در جهان» مشخص کننده‌ی سرنوشت آن نخواهد بود؛ در عوض این انرژی تاریک است که عالم هستی را کنترل می‌کند و به گسترش آن سرعت می‌بخشد. این موضوع باعث می‌شود که احتمال وقوع بیک کرانچ بسیار کمتر از آنچه پیش از این فکر می‌کردیم باشد.

البته این به معنای حتمی بودن انجماد عظیم نیست، چرا که احتمالات دیگری نیز وجود دارند.

تغییر بزرگ

در یکی دیگر از سناریوهای آخرالزمان کیهانی، این دفعه پایان جهان به نجوم و اخترشناسی ربطی ندارد و در واقع مربوط به جهان ذرات زیر اتمی می‌شود. این سرنوشت به قدری عجیب است که گویی از دل فیلم‌های علمی تخیلی بیرون آمده است.

در رمان علمی تخیلی کلاسیک «کورت ونه‌گارت» با نام «گهواره‌ی گربه»، یخ-۹ (ice-nine) شکل جدیدی از حالت جامد آب است که ویژگی خاصی دارد: این ماده در دمای ۴۶ درجه‌ی سلسیوس منجمد می‌شود، نه ۰ درجه. در این رمان آمده است وقتی یک قطعه از کریستال یخ-۹ درون ظرفی از آب معمولی انداخته شود، تمامی آب پیرامون آن خود را به شکل الگوی کریستال یخ-۹ در خواهند آورد، چرا که انرژی آن از آب مایع کم‌تر است.

کریستال‌های جدید یخ-۹ که در اطراف کریستال اصلی به وجود آمده‌اند نیز با آب اطراف خود همین کار را می‌کنند و ظرف مدت زمان کوتاهی، تمام آب درون ظرف به شکل یخ-۹ منجمد خواهد شد.

چیزی شبیه این اتفاق در دنیای واقعی برای یخ و آب معمولی نیز اتفاق می‌افتد. اگر آب کاملاً خالصی را در ظرفی کاملاً تمیز بریزید و آن را تا دمای اندکی پایین‌تر از ۰ درجه سرد کنید، آب به جای انجماد «فرو سرد» (supercooled) می‌شود. چون هیچ ناخالصی در آب فرضی ما وجود ندارد و هیچ‌گونه لبه‌ی خشن و تیزی هم در ظرف نیست، جایی برای شروع شکل‌گیری کریستال‌های یخ وجود نخواهد داشت. اما اگر قطعه‌ای یخ درون این ظرف بیندازید، آب به سرعت منجمد خواهد شد، درست مانند داستان یخ-۹ رمان گهواره‌ی گربه.

اما یخ-۹ و آب فرو سرد چه ربطی به پایان دنیا و سرنوشت عالم هستی دارند؟

بنا به فیزیک کوانتوم، حتی در خلاء مطلق نیز مقدار کمی انرژی وجود دارد. نوع دیگری از خلاء نیز ممکن است وجود داشته باشد که دارای انرژی کمتری باشد. اگر چنین چیزی درست باشد، تمام عالم هستی مانند ظرف بزرگی از آب فروسرد است و تنها تا زمانی دوام خواهد آورد که سر و کله‌ی یک قطعه یخ (حبابی از خلاء کم انرژی) پیدا شود.

خوشبختانه دانشمندان تا به حال چیزی به نام خلاء کم انرژی پیدا نکرده‌اند؛ اما متاسفانه فیزیک کوانتوم حکم می‌کند که اگر وجود خلاء کم انرژی ممکن باشد، چنین پدیده‌ای به طرز اجتناب ناپذیری بالاخره در یک گوشه از کائنات به وجود خواهد آمد.

هنگامی که چنین اتفاقی رخ بدهد، خلاء جدید (درست مانند یخ-۹)، خلاء پیرامون خود را تبدیل به خلاء کم انرژی خواهد کرد. به این ترتیب حباب خلاء کم انرژی با سرعت نور گسترش پیدا خواهد کرد و سر راه خود همه چیز را از بین خواهد برد. نکته‌ی جالب اینجاست که چون سرعت گسترش این پدیده برابر با سرعت نور است، نمی‌توان با رصد آسمان متوجه وقوع آن شد. در واقع ممکن است همین حالا چنین پدیده‌ای در گوشه‌ای از عالم اتفاق افتاده و در حال حرکت به سمت ما باشد و ما تنها زمانی متوجه آن خواهیم شد که به زمین برسد.

در این سناریو که به تغییر بزرگ (Big Change) مشهور است، انسان‌ها، سیارات و حتی ستاره‌ها همگی از بین خواهند رفت. در مقاله‌ای علمی منتشر شده در سال ۱۹۸۰، دو دانشمند فیزیک‌دان با نام‌های سیدنی کولمن و فرانک دلوسیا چنین اتفاقی را «فاجعه‌ی زیست محیطی نهایی» نامیده‌اند.

اوضاع بد چنین آخرالزمانی به همینجا ختم نخواهد شد؛ چرا که انرژی تاریک نیز بعد از «تغییر بزرگ» دستخوش تغییر می‌شود و به جای اینکه به انبساط جهان کمک کند، ممکن است با فروریختن جهان درون خودش باعث وقوع «بیگ کرانچ» شود. یک فاجعه پس از فاجعه‌ای دیگر.

گسست بزرگ

احتمال چهارمی نیز وجود دارد که باز هم در دل آن انرژی تاریک نقشی اساسی بازی می‌کند. هرچند این ایده بسیار نظری است و احتمال کمی برای رخ دادن آن وجود دارد، اما به هر حال یکی از احتمالات ممکن برای پایان جهان به شمار می‌رود. انرژی تاریک ممکن است از آنچه تصور می‌کنیم هم قوی‌تر باشد؛ آنقدر قوی که به تنهایی بتواند جهان را بدون نیاز به «تغییر بزرگ»، «انجماد بزرگ» یا «بیگ کرانچ» به آخر برساند.

انرژی تاریک یک ویژگی عجیب دارد. با وجود گسترش جهان، چگالی آن به جای کم شدن، ثابت باقی می‌ماند. تنها توضیح برای این پدیده این است که با گذشت زمان، سر و کله‌ی مقدار بیشتری از انرژی تاریک از ناکجا آباد پیدا می‌شود. هرچند این پدیده غیر معمول به نظر می‌رسد، اما هیچ کدام از قوانین فیزیک را نقض نمی‌کند.

اوضاع از این هم می‌تواند عجیب‌تر شود. اگر چگالی ماده و انرژی تاریک با گسترش جهان بیشتر شود چه؟ به بیان دیگر، چه می‌شود اگر سرعت به وجود آمدن انرژی تاریک از سرعت انبساط گیتی بیشتر باشد؟

این ایده اولین بار توسط رابرت کالدول مطرح شد و «انرژی تاریک شبح» (phantom dark energy) نام دارد. در چنین سناریویی، سرنوشت نهایی جهان به طرز عجیبی متفاوت خواهد بود. اگر انرژی تاریک شبح وجود داشته باشد، در نهایت با در برگرفتن تمام دنیایی که می‌شناسیم، باعث از بین رفتن ما خواهد شد.

در حال حاضر، چگالی انرژی تاریک بسیار کم است؛ به مراتب کمتر از چگالی زمین یا حتی چگالی منظومه‌ی شمسی و کهکشان راه شیری (که خود به مراتب چگالی بسیار کمتری نسبت به زمین دارند). اما اگر با گذشت زمان چگالی انرژی تاریک شبح افزایش پیدا کند، در نهایت هستی را متلاشی خواهد کرد.

در یک مقاله‌ی علمی منتشر شده در سال ۲۰۰۳، کادول به همراه همکارانش به سناریویی اشاره کردند که «قیامت کیهانی» (cosmic doomsday) نام دارد. در این سناریو، زمانی که چگالی انرژی تاریک شبح از شئ‌ای بیشتر شود، آن شئ متلاشی خواهد شد.

در قیامت کیهانی، ابتدا انرژی تاریک شبح باعث می‌شود کهکشان راه شیری از هم باز شود و ستاره‌های تشکیل دهنده‌ی آن به فضای میان کهکشانی پرتاب شوند. سپس منظومه‌ی شمسی نیز از هم می‌پاشد و سیارات آن دیگر به دور خورشید نخواهند چرخید. در نهایت زمین در برخورد با انرژی تاریک متلاشی خواهد شد و حتی تک تک اتم‌های تشکیل دهنده‌ی آن نیز متلاشی (یا به اصطلاح کادول پاره پاره) خواهند شد. تنها طی کسری از ثانیه تمام کائنات از هم خواهد گسیخت. کادول این فرآیند را بیگ ریپ (Big Rip، مَه‌گسست) می‌نامد.

بنا به اعتراف خود کادول، تئوری بیگ ریپ بسیار عجیب و غریب است. انرژی تاریک شبح با بسیاری از قوانین اساسی جهان مانند محدود بودن سرعت ماده و انرژی به سرعت نور، در تضاد است.

با توجه به مشاهدات انسان از گسترش جهان و آزمایش‌های انجام شده در حیطه‌ی فیزیک ذرات بنیادی، به احتمال زیاد سرنوشت نهایی جهان هستی «انجماد بزرگ» خواهد بود. پس از انجماد بزرگ، «تغییر بزرگ» و «بیگ کرانچ» بیشترین شانس برای رقم زدن آخرالزمان کیهانی را در اختیار دارند.

چنین عاقبتی برای کائنات بسیار پوچ و ناامید کننده است؛ خاموش شدن در سرما، فروپاشی در خلاء و در نهایت مچاله شدن در یک نقطه. اما آیا راه فراری از این سرنوشت وجود دارد؟

نجات از آخرالزمان کیهانی

قطعاً هیچ دلیلی برای نگرانی «ما» نسبت به پایان یافتن هستی وجود ندارد. تمامی آنچه که گفته شد احتمالاً تریلیون‌ها سال دیگر اتفاق خواهند افتاد. همچنین جای نگرانی برای «بشریت» نیز وجود ندارد؛ چرا که اگر تا آن زمان نسل بشر منقرض نشده باشد، به قدری با بشر امروزی تفاوت خواهد داشت که دیگر نمی‌توان نام بشریت بر روی آن گذاشت.

فریمن دایسون، از فیزیکدانان دانشگاه پرینستون در مقاله‌ای در سال ۱۹۷۹ به این پرسش پاسخ می‌دهد. او در این مقاله توضیح می‌دهد که انجماد عظیم از دیگر سناریوهای احتمالی که برای پایان یافتن جهان مطرح می‌شوند کمتر مهلک است و حیات می‌تواند با تغییر دادن خود، از این جهنم سرد نجات پیدا کند.

اما مقاله‌ی دایسون قبل از کشف انرژی تاریک منتشر شده بود و او این روزها دیگر به خوشبینی گذشته نیست. دایسون می‌گوید:

اینکه جهان با «شتاب» در حال گسترش است، خبر بسیار بدی است. گسترش با شتاب به معنای این است که در نهایت گیتی به قدری بزرگ می‌شود که سفرهای بین کهکشانی غیر ممکن خواهند شد و ما عملاً ارتباط خود با تمامی کهکشان‌ها را از دست خواهیم داد. این اتفاق باعث می‌شود انرژی در دسترس ما تنها محدود به ستاره‌های یک کهکشان باشد.

این شرایط البته ممکن است تغییر کند. دکتر دایسون در ادامه می‌گوید:

ما واقعاً نمی‌دانیم که آیا گسترش جهان همچنان ادامه پیدا خواهد کرد یا نه، چرا که اصلاً در همان وهله‌ی اول نمی‌دانیم چرا این گسترش شتاب دارد. دیدگاه خوش‌بینانه این است که این شتاب با گذشت زمان کاهش پیدا کند و در نهایت کائنات با سرعت ثابتی گسترش پیدا کند. در چنین صورتی، آینده بسیار امیدوار کننده‌تر است.

اما اگر شتاب گسترش کیهان کند نشود، یا حتی بدتر از آن، تغییر بزرگ در انتظار ما باشد، برخی فیزیک‌دانان راه حلی را پیشنهاد داده‌اند که حتی برای فیلم‌های علمی-تخیلی نیز کمی زیاده روی به نظر می‌رسد:

«برای فرار از پایان کائنات، باید کائنات خود را درون آزمایشگاه بسازیم و به آن مهاجرت کنیم!»

یکی از دانشمندانی که بر روی این ایده کار می‌کند، آلن گوث از MIT است. او که به دلیل کار کردن بر روی ساخت اولین کیهان مصنوعی مشهور شده است، می‌گوید:

نمی‌توانم به طور قطع بگویم که قوانین فیزیک تضمین کننده‌ی امکان به وجود آوردن چنین چیزی است؛ اما اگر خلق جهانی دیگر ممکن باشد، احتیاج به تکنولوژی بسیار پیشرفته و مقادیر بسیار زیادی از انرژی داریم.

بنا به گفته‌های گوث، قدم اول برای ساخت یک کائنات جدید، ایجاد یک فرم فوق العاده متراکم و چگال از ماده است؛ به قدری متراکم که در آستانه‌ی ایجاد سیاه‌چاله باشیم. (وقتی چگالی جسمی از حدی معین بیشتر شود، فارق از ابعاد یا جرم آن جسم، یک سیاهچاله به وجود خواهد آمد.) اگر موفق به تولید چنین ماده‌ای شویم و به سرعت آن را از جای خود جابجا کنیم، ممکن است بتوانیم باعث گسترش سریع آن منطقه‌ی خاص از فضا شویم.   

در واقع با چنین کاری باعث به وجود آمدن جهانی کاملاً جدید می‌شویم. همانطور که فضای آن منطقه گسترش پیدا می‌کند، مرزهای آن کوچک می‌شود و این اتفاق باعث به وجود آمدن حبابی از فضا می‌شود که درون آن بزرگتر از بیرون آن است. اگر طرفدار سریال دکتر هو باشید، احتمالاً این ایده برایتان بسیار آشنا است. به عقیده‌ی گوث، تاردیس (TARDIS) یک قیاس بسیار دقیق از «تاب برداشتن فضا-زمان» است.

در نهایت درون این جهان جدید بزرگ و بزرگ‌تر خواهد شد و کائنات جدید از سرنوشت کائنات قدیمی فرار خواهد کرد. البته دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که چنین روشی عملی باشد.

به جز ساختن جهانی جدید، سرچشمه‌ی دیگری از امید برای فرار از آخر الزمان کیهانی وجود دارد. گوث اولین دانشمندی بود که ایده‌ی «گسترش حیرت انگیز کائنات در کسری از ثانیه» را مطرح کرد؛ ایده‌ای که به «تورم کیهانی» شهرت دارد. بسیاری از کیهان شناسان عقیده دارند که تورم کیهانی کارآمدترین نظریه برای توضیح دادن اولین لحظات پیدایش کائنات است و برنامه‌های گوث برای خلق یک جهان جدید نیز متکی بر بازآفرینی این گسترش سریع خواهد بود.

تئوری تورم کیهانی نتیجه بسیار جالبی با خود به همراه دارد. این تئوری حکم می‌کند که جهانی که ما ساکن آن هستیم، تنها بخش کوچکی از یک چندجهانی (multiverse) است که در پس زمینه‌ی خود به صورت مستمر جهان‌های جدیدی مانند جهان ما را «تخم ریزی» می‌کند و این فرآیند تا ابد ادامه دارد.

گوث در این باره می‌گوید:

اگر چنین چیزی صحت داشته باشد، حتی اگر یک جهان بر اثر انجماد عظیم یا دلایل دیگر بمیرد، چندجهانی به عنوان یک کل، تا ابد به حیات خود ادامه خواهد داد. در این صورت چندجهانی ابدی (نه لزوماً ازلی) است؛ هرچند جهان‌های درون آن ممکن است فانی باشند.

به قول کافکا: «امید به قدر کافی هست، تا بی نهایت - اما نه برای ما.»