پستها
مقاله زیر با اقتباس از مجله دانشمند شماره 544 و بدون هیچ دخل و تصرفی در این وبلاگ منتشر شده است.در صورتی که این کار از نظر این مجله دچار اشکال می باشد خواهشمند است مراطب را هر چه سریع تر به اینجانب اطلاع دهید.
با تشکر مهندس حسین رحیمی حقیقی صاحب امتیاز وبلاگ http://eccireeshgh.blogfa.com
My email: rahimi.hossein@gmail.com
حیات در جهان های موازی
آیا در جهان های دیگر هم همانند جهان ما، حیات وجود دارد؟
مار کوس چاون ترجمه: شهاب شعری مقدم
"رونی هارنیک" کاوشگری است که افکار بلندی دارد. کاوش در قاره ها و سرز
مین های دوردست جهان برای او کار کوچکی است. حتی مرزهای منظومه شمسی نیز در برابر افق های اندیشه او ناچیز می نماید. هارنیک یک فیزیکدان نظری در مرکز شتاب دهنده خطی ا
ستنفورد کالیفرنیا است و سفرهای تحقیقاتی او در مقیاسی بسیار فراتر از اینها صورت می گیرد. چرا که او به دنبال کشف حیات در سایر جهان ها است. هارنیک و همکارانش با این سفرهای ذهنی خود تاکنون نتایج شگفت انگیزی را برایمان به سوغات آورده اند.
اکنون مدتی است که کیهان شناسان به این نتیجه رسیده اند که جهان ما، تنها جهان موجود در پهنه کائنات نبوده بلکه جهان های بی شمار دیگری نیزدر هستی وجود دارند. بر اساس این دیدگاه، اکر کل هستی را "ابرجهان"بنامیم، جهان های بی شماری درگستره ابرجهان وجود دارند که در هر یک از آنها قوانین بنیادین متفاوتی حاکم است و جهان ما که خود شامل میلیاردها کهکشان است در واقع فقط یکی از این جهان ها است. "مارتین ریس "، کیهان شناس برجسته دانشکاه کمبریچ انگلستان،تشبیه جالبی را از ابر جهان ارائه میکند.او ابر جهان را به اقیانوسی بی کران تشبیه می کند که جهان های بی شماری همانند جزایری پراکنده در آن شناورند. اما همان طور که مختصات جغرافیایی جزایر مختلف در روی کره زمین با همدیگر متفاوت اند، ثابت ها و پارامترهایی که قوانین بنیادین فیزیک را در هر یک از این جهان ها مشخص می کنند نیز با همدیگر تفاوت دارند. بنابراین به عنوان مثال برخی از این جهان ها ممکن است الکترون های سنگین تری داشته باشنده و یا حتی از یک مه بانگ خنک به جای یک مه بانگ آتشین شکل گرفته باشند. تعداد ابعاد مکان و زمان،
سرعت سیر نور و همین طور شدت نیروی گرانش نیز در این جهان ها ممکن است نسبت به جهان ما کاملأ متفاوت باشد. اما در اینجا یک سوال مهم مطرح می شود. آیا ممکن است در برخی از این جزایر جهانی ناشناخته و اسرارآمیز، نوعی از حیات آلی همانند جهان ما وجود داشته باشد؟
قوانین بنیادین اغلب این جهان ها به گونه ای است که امکان تشکیل ستاره ها و کهکشان ها در آنها وجود ندارد واگر هم وجود داشته باشد، این ستاره ها امکان تولید هسته اتم های کربن را که برای تشکیل حیات آلی ضروری است، نخواهند داشت. اما دقیقا در همین جا است که اهمیت فوق العاده کشف هارنیک و همکارانشمشخص می شود. چرا که آنها جهان جدیدی را در پهنه ابر جهان یافته اند که اگرچه قوانین بنیادی آن نسبت به جهان ما بسیار متفاوت است، اما امکان تشکیل حیات آلی همانند جهان ما در وجود دارد.
البته می دانیم که مشاهده مستقیم جهان های دیگر به وسیله تلسکوپ ها و سایر ابزار رصدی اساسا غیر ممکن است، اما این فیزیک دان ها توانستند به کمک معادلات ریاضی و مدل های رایانه ای، به کاوش در آن جهان ها پرداخته و امکان شکل گیری کهکشان ها و پرتوافشانی ستاره ها و نهایتا تشکیل حیات را درآن جهان ها مورد بررسی قرار دهند.
تا پیش از کشف هارنیک، اغلب فیزیکدان ها تصور می کردند که جهان ما ،تنها جهانی در پهنه کائنات است که امکان تشکیل حیات آلی در آن وجود دارد.علت این تصور نیزبه برداشت محدود آنها از نظریه ریسمان ها بر می گشت.
بر اساس نظریه ریسمان ها، اجزای بنیادین هستی در واقع به جای ذرات،ریسمان های بسیار کوچکی از انرژی هستند که در فضا- زمانی با
حداقل 10 بعد در حال ارتعاش اند. نظریه ریسمان ها موفق ترین نظریه ای است که سعی در وحدت بخشیدن به دو ستون فیزیک جدید یعنی مکانیک کوانتومی و نسبیت عام دارد، اما نکته مهم در مورد این نظریه آن است که نظریه ریسمان ها صرفأ یک جهان را توصیف نمی کند. در واقع این نظریه به جای یک جهان، 10 به توان 500 جهان مختلف را توصیف می کند که هر یک از آنها ویژگی های فیزیکی متفاوتی دارند. هارنیک می گوید:"بنابراین، نظریه ریسمان ها در واقع مبنایی نظری و علمی برای وجود ابرجهان ارائه می دهد. "
اما ببینیم چرا تا پیش از کشف هارنیک، تصور عمومی بر آن بود که نظریه ریسمان ها وجود حیات آلی را در جهان های دیگر منتفی می داند. در واقع تا پیش از این کشف، کیهان شناسان برای بررسی ویژگی های جهان های موجود در گستره ابرجهان به کمک نظریه ریسمان ها، همواره فقط یکی از پارامترهای این مدل را تغییر داده و مابقی پارامترها را ثابت نگاه می داشتند. این گونه بود که تاکنون به نظر می رسید که جهان ما تنها جهانی در پهنه ابر جهان است که پارامترها و ویژگی های مناسبی برای تشکیل ستاره ها، کهکشان ها، عناصر و نهایتا حیات دارد.
اما هارنیک و دو نفر از همکارانش یعنی "گراهام کریبز" از دانشگاه اور گان آمریکا و "ژیلاد پرز" از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، این روش برخورد با مسئله را به چالش کشیدند. هارنیک می گوید:"اصلا منطقی به نظر نمی رسد که بی شمار جهان، موجود در گستره ابرجهان، صرفا در یک پارامتر با همدیگر تفاوت داشته باشند.
بدین ترتیب، هارنیک و همکارانش تصمیم گرفتند با یک روش انقلابی، مجددا گستره ابر
جهان را کاوش کرده و از نو امکان تشکیل حیات در جهان های دیگر را مورد بررسی قرار دهند. برای این کار، آنها به بررسی شرایط جهانی پرداختند که نیروی هسته ای ضعیف - که یکی از چهار نیروی بنیا دین موجود در جهان ما است- اصلا در آن وجود نداشته باشد. این امر، عملا به معنای تغییر هم زمان چندین پارامتر مختلف در مدل کیهان شناسی ریسمانی است. کاری که تا پیش از آن هیچ گاه انجام نشده بود. می دانیم که نیروی هسته ای ضعیف، مسئول واپاشی های هسته ای رادیواکتیو بتا است و بنابراین وجود این نیرو برای تشکیل اتم های مورد نیاز حیات آلی، ضروری به نظر می رسد. بر این اساس، شرایط حاکم بر یک جهان فاقد نیروی هسته ای ضعیف، نسبت به شرایط جهان ما بسیار متفاوت بوده و در نگاه اول، امکان تشکیل حیات در چنین جهانی به هیچ وجه وجود ندارد.
اما هارنیک، کریبز و پرز کشف کردند که در واقع چنین نیست. آنها فرایند های ضروری برای تشکیل اتم های حیات آلی را- که البته با توجه به شرایط جهان مزبور مورد مطالعه قرار دادند. این فرایدها عبارتند از هم جوشی هسته ای عناصر در زمان مه بانگ، فراید های هسته ای در قلب ستاره ها و انفجارهای ابرنواختری. آنها با بررس معادلات توصیف کننده این فرایندها در چنین جهانی، به کشفی حیرت انگیر دست یافتند: امکان تشکیل حیات آلی حتی در یک جهان فاقد نیروی هسته ای ضعیف هم وجود دارد!
اما چنین چیزی چگونه ممکن است؟ همه می دانیم که در صورت عدم وجود نیروی هسته ای ضعیف، نوترون ها هیچ گاه به پروتون ها تبدیل نخواهد شد (و بالعکس) و نتیجه واکش های هسته ای کلیدی برای تشکیل هسته اتم های حیات آلی نیز هیچ گاه صورت نخواهند گرفت. یکی از این واکنش های کلیدی، اولین مرحله از زنجیره واکنش های هسته ای مولد انرژی در قلب ستارگان است که طی آنها، هسته های هیدروژن به همدیگر جوش خورده و هسته های هلیوم را می سازند. نخستین،مرحله این واکش زنجیره ای، متکی به وجود نیروی هسته ای ضعیف است که در فرایند مزبور با تبدیل یک پروتون به نوترون، هسته های دوتریوم یا هیدروژن سنگین را - که وجود آنها برای مرحله بعدی واکنش زنجیره ای ضروری است - می سازند. هارنیک می گوید:"اما چنین فرایندی در یک جهان فاقد نیروی هسته ای ضعیف هیچ گاه رخ نخواهد داد. "
اما نکته جالب توجه آن است که هارنیک و همکارانش کشف کرده اند که با وجود این مسئله، باز هم امکان پرتو افشانی ستاره ها در چنین جهانی وجود دارد. برای درک چگونکی این مسئله ابتدا شرایط اولیه جهان خودمان را مورد بررسی قرار می دهیم. می دانیم که جهان ما بر اثر یک مه بانگ داغ با دمایی بسیار بالا شکل گرفته است. بنابراین، دمای جها
ن ما در دقایق آغازین پس از پیدایش به حدی بالا بوده که پروتونن ها و نوترون ها - که مجموعأ "باریون " نامیده می شوند- بتوانند با هم جوشی با همدیگر، هسته های دوتریوم، هلیوم و لیتیوم را بسازند. اما از آنجا که در یک جهان فاقد نیروی هسته ای ضعیف، نوترون ها نمی توانند به پروتون ها واپاشی کنند، بنابراین در دقایق آغازین پس از پیدایش چنین جهانی، نوترون های آزاد بسیار بیشتری نسبت به جهان ما وجود دارند که می توانند با هم جوشی با پروتون های موجود، تعداد بسیار بیشتری دوتریوم بسازند. محاسبات هارنیک و همکارانش نشان می دهد که چنان چه جهانی فاقد نیروی هسته ای ضعیف است با مه بانگی که فقط اندکی از مه بانگ مولد جهان ما داغ تر بوده است به وجود آمده باشد، در این صورت10 درصد کل ماده موجود در چنین جهانی دوتریوم خواهد بود و این در حالی است که دوتریوم فقط یک هزارم درصد از ماده موجود در جهان ما را تشکیل می دهد.
این مقدار تفاوت، بسیار کلیدی است. هارنیک می گوید:"در واقع مقدار دوتریوم اضافی موجود در یک جهان فاقد نیروی هسته ای ضعیف ،همان عاملی است که به ستارگان چنین جهانی امکان می دهد تا بدون طی کردن مرحله اول واکنش زنجیره ای، وارد مرحله دوم یعنی تبدیل دوتریوم به هلیوم- 3 شده و بدین ترتیب، چرخه زنجیره واکنش های مولد انرژی د
ر قلب این ستارگان، بدون هیچ مشکلی به چرخش در می آید. "
گروه پژوهشی هارنیک با همکاری"آدام باروز" از دانشگاه آریزون، موفق به شبیه سازی رفتار این ستارگان شده اند. آنها دریافتند که اگرچه در یک جهان فاقد نیروی هسته ای ضعیف نیز همانند جهان ما امکان شکل گیری طیف وسیعی از ستارگان با جرمهای مختلف وجود دارد، اما از میان این ستارگان، تنها آنهایی که جرمی در حدود 2 درصد جرم خورشید دارند قادر خواهند بود برای مدت میلیاردها سال همچنان به درخشش خود ادامه دهند. این گروه از ستارگان، در واقع همان ستاره هایی هستند که مکان تشکیل حیات بر روی سیاره هایشان وجود دارد.چرا که می دانیم برای شکل گیری حیات هوشمند حداقل به چند میلیارد سال زمان نیاز است. اما چنین ستاره های کوچکی که مستقیما از طریق هم جوشی دوتریوم انرژیتولید می کنند، نسبت به ستاره های جهان ما بسیار سرد و کم فرغ خواهند بود و
بنابراین حیات صرفا بر روی سیاراتی از این ستارگان شکل خواهد گرفت که در فاصله ای بسیار نزدیک از آنها در حال گردش باشند. در ضمن، کم نور بودن این ستاره ها حاکی از آن است که آسمانی که موجودات زنده فرا جهانی در سیارات چنین جهانی پیش روی خود دارند، آسمانی بدون ستاره خواهد بود.
اما فرایند مهم دیگری نیز برای تشکیل اتم های حیات آلی وجود دارد که آن هم به نیروی هسته ای ضعیف وابسته است و آن، وقوع انفجارهای ابرنواختری است. این انفجارها که در انتهای عمر ستاره ها به وقوع می پیوندند، برای تشکیل حیات ضروری هستند. چرا که انغجارهای ابرنواختری، تمامی عناصر سنگین را که طی عمر ستاره ها در دل آنها تشکیل و انباشته شده بودند به اعماق فضا پخش می کنند. هنگامی که سوخت هسته ای یک ستاره پرجرم در جهان ما به پایان می رسد، هسته این ستاره، فروپا شیده و یک ستاره نوترونی را می سازد هنگام تشکیل این ستاره نوترونی، پروتون ها با الکترون ها ترکیب شده و نوترون ها ونوترینوها را می سازند. نوترون ها که همان قلب ستاره نوترونی را تشکیل خواهند داد، اما نوترینوها با خروج سیلابی خود از لایه های بیرونی ستاره در حال فروپاشی، این فروپاثس به داخل را به ناگهان معکوس کرده و آن را به یک انفجار عظیم به خارج تبدیل می کنند. همین انفجار عظیم است که عناصر سنگین موجود در لایه های درونی ستاره در حال فروپاشی را به اعماق فضا پخش می کند تا بعدها به تدریج در ستارگان و سیارات جدید تجمع کرده و نهایتا اتم ها و مو لکول های حیات آلی را تشکیل دهند. اما چنان چه نیروی هسته ای ضعیف در کار نباشد، از نوترینوهایی هم که مسبب این انفجار عظیم هستند، خبری نخواهد بود. اما همان طور که هارنیک می گوید:"خوشبختانه نوع دیگری از انفجار های آبرنواختری هم وجود دارد که وقوع آن نیازمند وجود نوترینوها نیست." و بدین ترتیب نباید عدم وجود نیروی هسته ای ضعیف را الزاما به معنای عدم وجود عناصر سنگین ضروری برای تشکیل حیات پنداشت. این نوع متفاوت از انفجار های آبرنواختری نه به علت فروپاشی یک ستاره سنگین، بلکه به واسطه جذب جرم یک ستاره سنگین توسط ستاره کوتوله سفید همدم آن به وقوع می پیوندد. در این فرایند، جرم کوتوله سفید مستمرا بیشتر و بیشتر می شود تا جایی که فشار و دمای مرکز آن به حدی می رسد که به یک انفجار هسته ای عظیم ابرنواختری می انجامد.
هرچند چندی پیش،"لوئیز کلاولی" و"ریموند وایت" در دانشگاه آلا بامای آمریکا اعلام کردند که احتمالا میزان هسته های اتم اکسیژن حاصل از این نوع ابرنواخترها در حدی نیست که برای تشکیل حیات کافی باشد، اما هارنیک و کریبز معتقدند که این ابرنواخترها و ستاره های نسل های بعدی حاصل از آنها سرانجام طی چند نسل پیاپی آن قدر اکسیژن وارد محیط میان ستاره ای خواهند کرد که برای تشکیل حیات کافی خواهد بود.بنابراین، کاوش در یک جهان فاقد نیروی هسته ای ضعیف، از نکنه بسیار مهمی پرده بر می دارد. این کاوش نشان می دهد که در جهان های دیگر موجود در گستره ابرجهان، احتما لا انواع دیگری از حیات وجود دارد و بنابر این نمی توان ادعا کرد که حیات آلی این جهان، تنها نوع حیات جاری در هستی است. در واقع هارنیک و همکارانش نشان دادند که بسیار ساده انگارانه است که بر مبنای تغییر فقط یک پارا متر از میان پارامترهای متعدد موجود در مدل کیهان شناسی ریسمانی، بخو اهیم حیات این جهانی را تنها حیات موجود در گستر کائنات بدانیم. آنها توانستند نشان دهند که چنان چه چندین پارامتر مختلف را به طور هم زمان در مدل مزبور تغییر دهیم، پای فرایندهای کاملا جدیدی به بیان می آید که به گفته هارنیک:"این فرایندهای بدیع از راه هایی کاملا غیرمنتظره می توانند به شکل گیری حیات در جهان های دیگر منجر شوند.
جزایری در پهنه ابر جهان
اما کشف هارنیک تنها موردی نیست که ازوجود حیات در سایر جهان ها خبر می دهد. چرا که در سال 2001 ،"آنتونی اگویر" از دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکروز نیز جزیره جهانی دیگری را در پهنه ابرجهان یافته بود که امکان تشکیل حیات در آنجا نیز وجود دارد. اگویر نیز همانند هارنیک برای کشف این جهان جدید،راهکاری متفاوت و غیرمتعارف را در تغییر پارامترهای مدل کیهان شناسی ریسمانی در پیش گرفت. البته این فکر به ذهن او نرسیده بود که می توان چند پارامتر این مدل را به طور هم زمان تغییر داد، اما همان طور که خودش می گوید:"در آن زمان، کیهان شناسانی که با استفاده از مدل کیهان شناسی ریسمانی به بررسی شرایط جهان های موجود در ابر جهان می پرداختند، همواره تنها یکی از پارامترهای این مدل را حداکثر با ضریب 10 تغییر می دادند" و ادامه داد:"اما من به این فکر افتاده بودم که اگر پارامتر های مدل مزبور را با ضرائب بسیار بزرگتری تغییر دهیم ، ممکن است پدیده های کامل جدیدی وارد بازی شوند که نهایتا" شکل گیری حیات را در برخی از جهان های دیگر ممکن کنند".
خوشبختانه اگویر به خوبی می دانست که چه پارامتری را برای این کار برگزیند. پارامتری که او انتخاب کرد، نسبت تعداد فوتون ها به باریون های حاصل از انرژی مه بانگ بود. این پارامتر، پارامتری حیاتی است که میزان داغ بودن یا خنک بودن یک مه بانگ را نشان می دهد. به عنوان مثال، مقدار این پارامتر در جهان ما که از یک مه بانگ بسیار داغ حاصل شده است، تقریبا در حدود یک میلیارد است. اما اگویر می خواست بداند که در جهانی که نسبت تعداد فوتون ها به باریون های آن چیزی مابین یک تا 100 است - یعنی از مه بانگی بسیار خنک تر از مه بانگ ما حاصل شده است - چه اتفاقاتی می افتد و آیا ممکن است در چنین جهانی امکان تشکیل حیات آلی وجود داشته باشد؟
نحوه تولد ودوران آغازین پیدایش چنین جهانی نسبت به جهان ما کاملا متفاوت است. جهان ما پس از مه بانگ و تولد آتشین خود، حداقل ده ها میلیون سال را سپری کرد تا نهایتا دما به اندازه ای پایین آمد که امکان تجمع ماد ه و شکل گیری ستاره ها فراهم شد. اما همان طور که اگویر می گوید:"محاسبات نشان می دهند که در جهانی با مه بانگ سرد، ستاره ها تنها پس از 100 سال از آفرینش جهان مزبور شروع به شکل گیری خواهند کرد!"
اگویر حتی شرایط جهانی با مه بانگی فوق العاده سرد را نیز مدل سازی کرده است، که مقدار ثابت کیهان شناسی در آن، 10 به توان 17 برابر جهان ما است. این مدل سازی نشان می دهد که هرچند در چنین جهانی به واسطه نیروی قدرتمند دافعه کیهانی موجود در آن، امکان گرد هم آمدن ستاره ها و تشکیل کهکشان ها وجود ندارد، اما در مقابل، سرعت شکل گیری ستاره ها در این جهان آن چنان بالا است که پیش از آن که دافعه کیهانی فرصت پراکنده کردن ماده و جلو گیری از تشکیل آنها را پیدا کند، این ستاره ها شکل گرفته اند. اگویرتوضیح می دهد: "البته به واسطه دافعه کیهانی موجود، این ستاره ها به سرعت از همدیگر دور شده و در نتیجه چنین جهانی فاقد هر گونه کهکشان خواهد بود و به جای آن، این ستاره ها به صورت پراکنده در بی کرانگی فضای نسبتا تاریک آن توزیع خواهند شد."اما اگویر تاکید می کند که:"ولی با این حال مدل سازی صورت گرفته نشان می دهد که حتی این ستاره های پراکنده در چنین جهانی هم می توانند سیاراتی داشته باشند که امکان تشکیل حیات آلی بر روی آنها وجود دارد." بنا براین تا اینجای کار ، ما دو جزیره جهانی دیگر در پهنه بی کران ابر جهان یافته ایم- که البته با جهان البته با جهان خود ما می شود سه جزیره - که امکان تشکیل حیات آلی در آنها وجود دارد. پس اینک این سوال مطرح می شود:"آیا جزایر مسکونی دیگری هم در گستره ابر جهان وجود دارند؟" هارنیک چنین پاسخ می دهد:" قطعا وجود دارند" و ادامه می دهد:" اما متاسفانه محدودیت های ذهن بشر در به تصویر در آوردن چگونگی حیات در چنین جهان هایی ،و نیز محدودیت زمانی هواره مانعی بر سر راه بشر در کشف این جهان های نا شناخته و حیات اسرار آمیزجاری در آنها خواهد بود."با این حال، شور و شوق کاوش در چنین جهان هایی همواره انگیزه بخش کاوشگرانی نظیر هارنیک خواهد بود تا سفرهای ذهنی خود را در چنین جهان هایی همچنان ادامه دهند.آری،اقیانوس بی کران ابر جهان، بشر را به کشف اسرار خود فرا می خواند!
پی نوشت:
در زبان انگلیسی برای رساندن مفهوم ابر جهان از واژه Multiverse استفاده می شود. این واژه ک با پیشرفت های کیهان شناسی در یکی دو دهه اخیر و باجایگزین کردن پیشوند Multi به جای Uni در عبارت Universe (به منای جان) ساخته شده است ،به لحاظ مفهومی به یک هستی بی کران اشاره دارد که جهان های متعدد و بی شماری از جمله جهان ما را در بر می گیرد.از آنجا که Multiverse ابعاد بالاتری نسبت به ابعاد جهان ما دارد و در واقع گستره ابر فضا(Hyperspace ) را شامل می شود،بنابراین واژه ابر جهان ترجمه مفهومی مناسبی برای آن به نظر میرسد.
رونی فارنیک جهان أیکری را غیر از جهان ما کشف کرده است که اگرچه شرایط
کاملأ متفاوتی نسبت به جهان ما لأم آن حاکم است، اما امکا سز تشکیل حیات آلی در آن وجود دارد
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر