حدود جهان
نتیجه آخرین تحقیقات علمی نجومی
در انتهای قرن 18 سر ویلیام هرشل نخستین قدم موفقیت‌آمیز را درباره مطالعه عمق فضا به عمل آورد به این ترتیب که آئینه‌های بزرگتری برای دوربین نجومی خود تهیه نمود، با شماره کردن ستارگان دارای درجات درخشندگی مختلف حدود سیستم سحابی خودمان را تعیین نمود و این اولین قدم درباره مساحی جهان بود. دومین قدم کشف این حقیقت بود که سحابی‌های مارپیچ که در ورای کهکشان ما قرار دارد خودشان نیز کهکشان و دنیائی هستند و جزایری در اقیانوس ظاهراً بی‌پایان عالم می‌باشند که تعدادشان میلیون ها می‌باشد.
انیشتین نظری درباره فضا و زمان ابراز داشت که منیکوسکی در سخنرانی تاریخی خود در مقابل دانشمندان علوم طبیعی در سال 1908 به این کلمات بیان کرد: « از هم اکنون فضا به خودی خود و زمان به خودی خود بایستی فقط به عنوان سایه تلقی شوند و تنها رابطه این دو و اتحادشان با هم می‌تواند یک واحد مستقل بشمار رود.»
از این تاریخ دنیا را یک فضای چهار بعدی تلقی کردند که در آن تئوری عمومی نسبیت به وسیله علامات ریاضی عمل شد. طبق این تئوری مدلی از عالم در نظر گرفته شد که مطابق معلومات بشر از زمان و فضا بود. با اینحال نتوانستند هیچ نظری درباره شکل هندسی جهان به دست آورند.
در حدود نیمه قرن گذشته گوس Gauss ریاضی‌دان این طور اظهار کرد که دنیا نبایستی صورت هندسه اقلیدسی داشته باشد در حالی که قبل از او چنین می‌پنداشتند.
در ابتدای این قرن کارل شوارز چایلد به فکر افتاد از مشاهدات نجومی انحناء عالم را پیدا کند ولی جز به دیدن ستاره‌های نزدیک موفق نشد. پس امکان نشد که از هندسه اقلیدسی انحرافی بیابند. بعداً در اثر عملیات فوتومتری که اشیاء خارج از کهکشان را اندازه می‌گرفت و مطالعه نور قرمز طیف آن اشیاء وسائلی به دست آمد.
انیشتین از معاملات اصلی، نظریه خود را این طور فکر کرده که عالم یک واحد ساکن به‌صورت کره‌ایست و منجم هلندی سیتر Sitter در مطالعات خود ابراز داشت که امکان دارد شکل عالم هذلولی یا هیپربولیک Hyperbolic باشد و به این ترتیب اطراف آن باز و لایتناهی است. نکته اصلی فرضیه سیتر این است که ابراز داشت. دنیا یک حرکت خارجی دارد که در سراسر آن ادامه می‌یابد. شعاع انحناء دنیا که در مدل انیشتین ارزش ثابت دارد در مدل سیتر متغیر است و با زمان رو به افزایش می‌رود.
نکته‌ای که ناچار بایستی روشن شود فرار سحابی‌ها بود که به‌وسیله مطالعه طیف قرمز معلوم می‌شود و نشان می‌دهد دنیائی که در آن زندگی می‌کنیم دنیای معین و بستۀ انیشتین نیست بلکه دنیائی است بی‌پایان از نوع آن که سیتر فرض کرده بود. به این ترتیب فکر دنیای در حال توسعه به وجود آمد.
نکته‌ای که از این توسعه به دست آمد این بود که اگر بتوان با حساب های ریاضی توسعه دنیا را معلوم کرد پس مبدأ و مبنا و شروع زمانی این توسعه هم به دست می‌آید. در واقع توقع داشتند به این ترتیب تاریخ شروع خلقت به دست آید و از اینرو صحبت سن در عالم وجود مطرح شد.
تا این تاریخ ممکن بود سن زمین را از روی تجزیۀ رادیوآکتیو مواد و سن سنگ‌ها و شهاب‌های آسمانی را که از کرات دیگر آمده بود معین کنند. به‌وسیله عمل هسته‌ای آفتاب تا حدودی توانستند سن خورشید را حدس بزنند. اکنون صحبت این بود که با مطالعۀ اشعه قرمز طیف وارد از نقاط دور دست عالم شاید بتوان سن دنیای در حال توسعه را معین نمود. تعیین دقیق این رقم فوری ترین کارها به نظر می‌رسید.
عمل فوق را هابل کنستانت یا عامل ثابت هابل Hubble نامیدند و وقتی که نتیجه محاسبات مزبور به دست آمد آن را با سن شهاب‌های آسمانی که توسط رادیوآکتیویته معین شده بود مقایسه کردند و دیدند اختلافات فاحشی دارد. حساب عمر دنیا را 5/2 میلیون سال کرده بودند در حالی که برخی از سنگ‌های آسمانی در زمین 7000 میلیون سال عمر نشان می‌داد. این خیلی مسخره بود که اجزاء عالم از خود عالم پیرتر باشد. مگر این که قسمت‌های معمر مزبور را باقیمانده‌هایی از عالم دیگری که از بین رفته باشد بدانند مثل این که در یک ساختمان زمینی از سنگ‌های ساختمان خیلی قدیم‌تر استفاده کنند.
شروع به تحقیق کردند و انواع و اقسام زیر و روی مطلب را خواه از لحاظ اشعه وارده از سحابی‌ها و یا حساب رادیوآکتیویته سنگ‌های آسمانی بررسی نمودند. در حدود سال 1950 نتیجه محاسبه هر دو حساب تغییر کرد و تقریباً به هم نزدیک شد و در 5000 میلیون سال متوقف گردید که آن را سن عالم تصور کردند. هنگامی که والترباد Water Baade نتایج پر سر و صدای محاسبات خود را انتشار داد این طور اعلام نمود که بایستی این رقم دو برابر شود و کسان دیگری استدلال‌هایی کردند که یکبار دیگر باید رقم را دو برابر نمود. امروزه رقم 13 هزار میلیون سال قابل قبول‌ترین رقم سن دنیای در حال توسعه به نظر دانشمندان است. چون نتایج مطلوبه چنین تغییراتی کرد و عامه هم از طرز محاسبات سر در نمی‌آوردند اختلافات زیادی درباره نحوه محاسبه و عدم اطمینان به نور قرمز طیف مورد آزمایش برخاست.
موضوع توسعه عالم که به شکل یک بمب در حال انفجار که هسته آن (که ما و دنیای اطرافیان باشد) ثابت است ولی قطعاتش آن به آن بیشتر دور می‌شود بر لب برخی کسان تبسم ایجاد می‌کرد. اما چون فرضیه دنیای ساکن انیشتین از بین رفته و فرضیه دنیای در حال توسعه با شعاع خمیدگیش جلو آمد انواع و اقسام شکل برای عالم فرض کردند که بستگی به‌تغییرات انحناء آن با زمان داشت. برای این که دانشمندان بین این مدل ها یکی را به عنوان حقیقی انتخاب کنند می‌بایستی روشن شود که نسبت بین مسافت و شتاب چنان که (هابل) گفته بود آیا امکان دارد به‌صورت نموداری با خطوط مستقیم تعیین گردد و این نمودار خط راستی به‌موازات سرعت دائم توسعه باید باشد یا انحرافی است از خط مستقیم که تسریع یا کندشدن توسعه را نشان می‌دهد.
برای این محاسبات سرعت خط قرمز را که یک بیستم سرعت نور است در دست داشتند ولی چون نتیجه رضایت‌بخش نبود بالاخره سرعت را ثلث سرعت نور در نظر گرفتند (قبل از این که انحرافی از طرح خطوط ارتباطی انتظار رود).
هابل در کتاب خود به نام (کشور سحابی‌ها) (1935) می‌گوید که «اکتشاف فضا عمل بسیار مشکل و سختی است. ما می‌توانیم اطراف خود را بررسی کنیم اما وقتی فاصله زیاد می‌شود دانش ما کم‌رنگ شده با سرعت زیاد محو می‌گردد. در این حال به سرحدات مبهم می‌رسیم که حدود قدرت دوربین‌های نجومی ما است. در آنجا ناچاریم سایه‌ها را اندازه‌گیری کنیم و دست به گریبان اشتباهات شبح‌آمیز اندازه‌گیری می‌شویم زیرا سرزمین مورد اندازه‌گیری ما شاید اصلا جنبۀ مادی ندارد.»
والترپاد در کتاب «مسائل امروزی ما درباره سحابی‌ها» (1950) می‌گوید: «اشکالاتی که در راه فهم و محاسبه امور نجومی امروز وجود دارد خیلی بیشتر از آن است که 15 سال پیش تصور می‌کردند و شاید از حدود قدرت وسائل سنجش امروز ما خارج است.»
امروز تقریباً مسلم بنظر رسیده که دنیای علم خیلی دورتر از حل حقیقی این مسأله نسبت به سال 1950 است.
علل این امر روشن است: یکی انواع و اقسام مدلهای دنیا که فرض‌کنندگان فرض کرده‌اند و معلوم نیست کدام را بگیرند. دیگر این که اکتشافات جدید به‌قدری چهره عالم را بغرنج نشان می‌دهد که درست کردن یک مدل با تمام جزئیات عملی نیست. از همه بدتر این که نتیجۀ مشاهدات و مطالعات یک قیافه متقارن متشابه از عالم نشان نمی‌دهد. ما دنیا را به‌صورتی که امروز هست نمی‌بینیم بلکه مجموعی از مراحل مختلف آن در ازمنه مختلفه است که نور آنها که به سرعت های مختلف می‌رسد به ما نشان می‌دهد. نوری که از ستارگان می‌رسد نور حالا نیست بلکه مربوط به میلیون ها سال قبل است و این زمان به نسبت مسافت آنها فرق می‌کند.
پس نکته دیگر روشن می‌شود که این نور قرمزی که ما مبنای محاسبه سن عالم قرار دادیم نوری است که مثلا 13 هزار میلیون سال قبل صادر شده در حالی که همان سحابی خودش سنی دارد که باید بدان افزوده شود.
در اثر تحقیقات هسته‌ای دائمی امروزه بهتر می‌توان انفجارهای هسته‌ای ستارگان و در نتیجه سن آنها را حدس زد. معلوم شده که ستارگان تشکیل دهندۀ کهکشان سن های بسیار بسیار مختلفی نسبت به یکدیگر دارند. برخی ستارگان سنشان در حدود چند صد هزار سال و برخی دیگر چندین هزار میلیون سال است. وجود این ها در مواقع مختلف عمر کهکشان ما پیدا شده است و هنوز هم در جلو چشم ما ستارگان جدیدی متولد می‌شود. پس در همین کهکشان همه نوع سن دیده می‌شود از ستارگانی که چندی قبل به‌دنیا آمده‌اند تا آن پیرانی که چند هزار میلیون سال دارند. با وجود اختلاف سن ستارگان تا دورترین نقطۀ کهکشان که در حدود 75000 سال نوری است تقریباً یکنواخت به نظر می‌رسد و اختلاف سن ستارگان و نور آنها تأثیری در این وضع ندارد در حالی که در سحابی‌های دور دست رابطۀ نزدیکی بین سن جرم آسمانی و خود آن جرم هست.
مطالعات مختلف در فواصل و اشکال و ایجاد جدید و انفجار و تداخل سحابی‌ها به این نتیجه منجر شد که ستارگانی وجود دارد که جرم آنها در حدود 100 هزار الی 100 میلیون برابر خورشید ما است. در این اجرام انرژی هسته‌ای با سرعت و شدتی خیلی بیشتر از ستارگان معمولی صورت می‌گیرد. عملیات انفجاری به وقوع می‌پیوندد که لااقل صد هزار برابر خورشید ما است.
این مطلب را به‌وسیله مشاهدات رادیوتلسکوپی فهمیده‌اند. همین امر فرضیات سابق را نسبت به سن سحابی‌ها و عالم به طور کلی عوض کرده و بایستی فکر دیگر به عمل آید.
به علاوه معلوم شده که محاسبه رادیوآکتیویته که در زمین به عمل می‌آید مشابه اجرام آسمانی نیست زیرا ترکیبات هیدروژن و هلیوم و مخصوصاً تناسب ایزوتوپ‌های آنها که در تعیین سن دخالت زیاد دارد بسیار متفاوت است.
***
علاوه بر عملیات انفجار اتمی که داخل ستارگان اتفاق می‌افتد دانشمندان بایستی اعمال فیزیکی دیگری را برای توضیح تشعشع و انرژی‌های فوق‌العادۀ ذرات اشعه کیهانی در نظر گیرند. عالم نه تنها به‌صورت یک رآکتور اتمی فوق‌العاده عظیم است بلکه یک سینکروترون یا ماشین خوردکننده اتمی است که در آن پروتون‌ها و الکترون‌ها با نهایت سرعت و شتاب رها شده از میدان‌های مغناطیسی عبور می‌کنند. لذا تشعشع حرارتی که توزیع طیفی آن را اول بار در تئوری جزء لایتجزای پلانک نشان دادند یک عامل دیگر هم پیدا کرد که تشعشع سنکروترونی است که نسبت مستقیم طول موج را خیلی بالا می‌برد.
پس در این دنیائی که ما به‌وسیله محاسبه تشعشع فکر می‌کنیم چند هزار میلیون سال پیش به وجود آمده ما چند هزار میلیون سال دیرتر به نقطه‌ای از آن می‌نگریم که تازه باید سن آن از آنجا معلوم شود.
وسائل مشاهدات کافی در اختیار نیست که از بین نظریه‌های پیشنهاد شده بتوانیم یکی را انتخاب نمائیم. در هر حال این مسافرت خیالی بسی مبانی اشتباه دارد و هر لحظه در مقابل مشکلاتی قرار می‌گیریم که ما را از فهم سن و شکل دنیای در حال توسعه باز می‌دارد و محتاج تفسیرها و توضیحات جدیدی است.
ترجمه و تلخیص از مقالۀ «انتهای دنیا ـ نتایج آخرین تحقیقات نجومی» به قلم پروفسور دکتر‌هانس کین‌له (Prof. Dr.Hans Kienle) استاد دانشگاه‌هایدلبرگ آلمان در صفحات 247 الی 255 سه ماهۀ سوم سال 1967 مجله اونیورسیتاس Universitas که از طرف محافل علمی آلمان در اشتوتکارت منتشر می‌شود