بیگ بنگ یا انفجار بزرگ تاريخچه زمان
(استيون هاوكينگ)
فصل اول: تصوير ما از كيهان
يك دانشمند معروف(برخي مي گويند برتراند راسل) بوده يك روز براي شنوندگان عام درباره ي ستاره شناسي سخنراني مي كرد. او شرح مي داد كه چگونه زمين به دور خورشيد و چگونه خورشيد هم به نوبه ي خود به دور مركز مجموعه ي گسترده اي از ستاره ها كه كهكشان خوانده مي شود مي گردد. در پايان سخنراني ، پيرزن كوچك اندامي در عقب اتاق برخاست و گفت:« آنچه به ما گفتي چرند است. دنيا در واقع يك ورق تخت است كه بر پشت يك لاك پشت غول آسا نگه داشته شده است.» دانشمند با لبخندي عاقل اندر سفيه پاسخ داد:« پس آن لاك پشت روي چه ايستاده؟» پيرزن گفت: تو خيلي زيرك هستي، خيلي زيرك ولي تا پايين همه اش لاك پشت است.
بيشتر مردم يك برج لا يتناهي از لاك پشت را به عنوان تصويري از كيهان، مسخره مي يابند، ولي چرا ما فكر مي كنيم كه پاسخ بهتري داريم؟ ما از كيهان چه مي دانيم؟ چگونه اين دانش را به دست آورده ايم؟ كيهان از كجا آمده و به كجا مي رود؟ آيا كيهان آغازي داشته و اگر چنين است، پيش از آن چه گذشته است؟ طبيعت زمان چيست؟آيا هرگز به پايان خواهد رسيد؟ آيا مي توانيم به زمان گذشته برگرديم؟ كشفيات اخير در فيزيك، كه با كمك تكنولوژي هاي شگفت انگيز كنوني امكان پذير شده، پاسخ هايي به برخي از اين پرسش هاي دير پا ارائه كرده است. شايد روزي اين پرسشها به همان اندازه ي چرخش زمين به دور خورشيد بديهي به نظر برسد. فقط زمان ( هر چه كه معني آن باشد ) مي تواند پاسخ دهد.
340 سال پيش از ميلاد، ارستو، فيلسوف يوناني، در كتاب خود به نام درباره ي افلاك توانست دو برهان خوب بر اين باور كه زمين كروي است نه يك ورق تخت عرضه كند.نخست، او دريافت كه سبب ماه گرفتگي قرار گرفتن زمين بين ماه و خورشيد است.سايه ماه همواره روي ماه گرد است كه اين فقط مي تواند در اثر كروي بودن زمين باشد. اگر زمين يك سطح گرد ولي تخت مي بود، پس سايه اش بايد كشيده و به صورت بيضي در مي آمد، مگر آنكه ماه گرفتگي هميشه در هنگامي كه خورشيد درست در زير مركز قرص زمين بود رخ مي داد. دوم ، يونيان در سفر هاي خود دريافته بودند كه ستاره ي شمال در مناطق جنوبي، پايين تر از مناطق شمالي در آسمان نمايان مي شود.( از آنجا كه ستاره ي شمال بر فراز شمالگان قرار دارد، ناظري كه در قطب شمال است آن را درست بالاي سر خود مي بيند، اما براي كسي كه از روي خط استوا مي نگرد درست در افق نمايان مي شود. بر پايه تفاوت موعيت ظاهري ستاره شمال در مصر و يونان، ارستو حتي توانست مسافت دور زمين را 400000 استاديوم برآورد كند. در ازاي يك استاديوم معلوم نيست ولي احتمالأ حدود 200 يارد(61 متر) بوده كه ، در اين صورت برآورد ارستو نزديك به دو برابر رقم پذيرفته شده ي كنوني است . يونانيان حتي دليل سومي هم در اثبات كروي بودن زمين داشتند. به چه دليلي وقتي كشتي به ساحل نزديك مي شود، نخست بادبانهاي آن در افق ديده مي شود و سپس بدنه آن؟
ارستو فكر مي كرد كه زمين ثابت است و خورشيد، ماه، سياره ها و ستاره ها در مدار هاي دايره اي به دور زمين مي چرخند. اين باور از آنجا ناشي مي شد كه به دلايل عرفاني، احساس مي كرد زمين مركز كيهان است. و حركت دايره اي كاملترين حركت هاست. اين انگاره در سده دوم ميلادي، توسط بتليموس به صورت يك مدل كيهان شناختي كامل پرورانده شدكه زمين در مركز قرار گرفته و هشت گردون آن را در بر گرفته اند كه هر كدام در برگيرنده ي ماه، خورشيد، ستاره ها و پنج سياره كه تا به آن روزگار شناخته شده بودند، يعني تير، ناهيد، بهرام، هرمز و كيوان هستند(نگاره1-1). سياره ها هر كدام در دايره ي كوچكتري در گردون(مدار) خود حركت مي كنند،كه دليل ظاهرا پيچيده مسير مشاهده شده ي آنها در آسمان است. بيرون ترين گردون، ستاره هاي پابت را حمل مي كرد كه نسبت به يكديگر موقعيت ثابتي دارند، اما با هم در آسمان مي چرخند. چه چيز فرا تر از گردون كروي واپسين قرار داشت؟ هرگز روشن نشد، ولي به هر حال، آن جا بخشي از جهان قابل مشاهده براي بشر نبود.
مدل بتليموس سامانه ي نسبتأ دقيقي را براي پيش بيني موقعيت جسم هاي آسماني فراهم كرد. اما بتليموس براي اينكه بتواند اين موقعيت را درست پيش بيني كند، مي بايست فرض مي كرد كه مسير ماه، گاه تا دو برابر ساير مواقع به زمين نزديك مي شود. اين بدان معناست كه ماه مي بايست گاهي دو برابر اندازه اوقات ديگر در آسمان ديده شود! بتليموس از اين كاستي آگاهي داشت، اما ، به هر حال، مدل او عمومأ هر چند نه كاملأ، پذيرفته شد. كليساي مسيحي اين سامانه را به عنوان تصويري از كيهان كه با كتاب مقدس همخواني دارد پذيرفت، زيرا كه در بيرون گردون(مدار) ستاره هاي ثابت، جاي زيادي براي بهشت و دوزخ باقي مانده بود.
در سال 1514 يك كشيش لهستاني به نام نيكولاس كوپرنيكوس مدل ساده تري را پيشنهاد كرد.(كوپرنيك مدل خود را در آغاز، شايد از ترس اتهام ارتداد توسط كليسا، به طور ناشناس منتشر كرد). انگاره( فرضيه) ي او اين بود كه خورشيد در مركز پابت است و زمين و ديگر سياره ها در مدارهاي دايره اي گرد آن در گردش هستند. حدود يك سده به درازا كشيد تا اينكه اين انگاره جدي گرفته شود.آنگاه،دو ستاره شناس- يكي يوهانس كپلر آلماني و ديگري گاليلئو گاليله ي ايتاليايي- آشكارا از تئوري كوپرنيك حمايت كردند. با وجود اينكه مدار هايي كه اين مدل پيش بيني كرده بود، با ندارهايي كه مشاهده شده بود كاملأ مطابقت نداشت، ضربه ي كشنده اي بر تئوري ارستو/بتليموس در سال 1609 وارد شد. در آن سال گاليله، رصد آسمان شب را به وسيله ي يك تلسكوپ كه تازگي اختراع شده بود آغاز كرد. هنگام مشاهده ي هرزمد، گاليله كشف كرد كه چندين م-ا-ه-و-ا-ر-ه يا ماه كوچك گرد آن در گردش مي باشند. اين مي رساند كه بر خلاف آنچه كه ارستو و بتليموس باور داشتند، همه چيز ناگزير به چرخش دور زمين نيست.( البته هنوز مي شد باور داشت كه زمين در مركز كيهاهن ثابت است و ماه هاي هرمزد در مسيرهاي پيچيده گرد زمين مي گردند، در حاليكه اينطور پنداشته مس ود در حال چرخش به دور هرمزد هستند، ولي تئوري كوپرنيك بسيار ساده تر بود.) در همان هنگام، يوهانس كپلر تئوري كوپرنيك را اينطور اصلاح كرد كه مسير سياره ها دايره اي نيست و بيضوي است(بيضي دايره اي است كه كش آمده باشد) اكنون ديگر پيش بيني ها با مشاهدات مطابقت مي كرد.
كپلر تئوري مدارهاي بيضوي را صرفأ براي منظور خاصي تلقي مي كرد و آن را نا سازگار مي دانست، زيرا بيضي شكلي به كمال دايره نيست. از آنجا كه او به طور تصادفي كشف كرده بود كه مدارهاي بيضوي با مشهادات مطابقت دارند، نمي توانست آن را با فرضيه ي خود كه سياره ها تحت تأثير نيروي مغناطيسي گرد خورشيد مي چرخند،سازگاري دهد.پاسخ اين مسئله سالها بعد، در سال 1687، توسط سر اسحاق نيوتن در كتاب او به نام اصول رياضي فلسفه طبيعي كه شايد مهمترين اثر در دانش هاي فيزيك باشد، فراهم شد. در اين كتاب نيوتون نه تنها تئوري چگونگي حركت جسم ها در فضا و زمان را عرضه كرد ، بلكه رياضيات ژيچيده اي را نيز كه براي تحليل حركت آنها لازم بود به وجود آورد.
افزون بر آن، نيوتن قانون جاذبه ي عمومي را وضع كرد كه طبق آن، هر جسم در كيهان به وسيله ي نيرويي به سوي جسم ديگر جذب مي شود و اين نيرو، هر چه چگالي جسم كمتر باشد قوي تر است.همين نيروست كه سبب افتادن اشياء به زمين مي شود. اين داستان كه مي گويند نيوتن از افتادن سيبي روي سرش الهام گرفته قطعأ ساختگي است.تنها چيزي كه خود نيوتن در اين باره گفته است اين است كه در جايي نشسته«ژرف در انديشه» فرو رفته بود و اينكه در آن زمان«افاقأ سيبي به زمين افتاد». نيوتن در ادامه ي تئوري خود نشان داد كه بر پايه ي قانون او، گرانش سبب مي شد كه ماه گرد زمين در يك مدار بيضي بچرخد و سبب شود كه زمين و سياره ها راهي بيضي را به دور خورشيد بپيمايند.
مدل كوپرنيكي، مدار هاي آسماني بتليموس را مردود كردند و همراه با آن، اين فرضيه كه كيهان داراي يك كرانه ي طبيعي است به كنار گذاشته شد.از آنجا كه « ستاره هاي ثابت» به نظر نمي رسيد جابه جا شوند، و تغيير موقعيتشان در آسمان فقط ناشي از چرخيدن زمين به دور محورش است، طبيعي بود كه فرض شود ستاره هاي ثابت، جسم هايي همانند خورشيد خودمان هستند، ولي خيلي دورتر.
نيوتن دريافت كه طبق تئوري گرانش خود او، ستاره ها بايد يكديگررا جذب كنند، بنابراين، به نظر كه قاعدتأ آنها نبايد بي حركت باشند. بنابراين،آيا نبايد در زماني آنها به هم برسند؟ در نامه اي در سال 1691 به ريچارد بنتلي،يكي ديگر از انديشمندان برجسته ي زمان او، نيوتن بحث كرد كه اگر شمار ستاره ها در كيهان محدود باشد و اين ستاره در منطقه ي محدودي از فضا پراكنده باشند، اين برخورد قطعأ روي خواهد داد. ولي او استدلال كرد كه، از سوي ديگر، اگر شمار ستاره ها نا محدود و كما بيش به طور يكسان در فضاي بي كران پراكنده باشند، چنين اتفاقي نخواهد افتاد، زيرا ديگر نقطه مركزي وجود نخواهد داشت تا آنها به سويش كشيده شوند.
اين استدلال نمونه اي از دامي است كه هنگام بحث درباره ي بيكراني با آن برخورد مي كنيد. در يك كيهان بي كرانه، هر نقطه را مي توان مركز پنداشت، زيرا هر نقطه تعداد بي نهايت ستاره در هر دو سوي خود دارد.راهبرد درست كه سالها بعد به آن پي برده شد، اين است كه يك كيهان متناهي را در نظر بگيريم كه در آن همه ي ستاره ها روي هم فرو مي افتند. سپس اين پرسش را مي كنيم كه اگر ستاره هاي بيشتري به طور يكسان پيرامون اين منطقه بيافزايند، چه تغييراتي رخ خواهد داد؟ طبق قانون نيوتن ، ستاره هاي افزوده شده، به طور ميانگين هيچ تغييري در ستاره هاي اصلي به وجود نخواهد آورد ، بنابر اين ،فرو افت با همان سرعت پيشين روي خواهد داد. ما مي توانيم هر تعدادي كه بخواهيم ستاره بيافزاييم و آنها همچنان به روي خود فرو خواهند افتاد. اكنون مي دانيم كه داشتن يك مدل ايستاي بينهايت كه در آن گرانش همواره جاذب باشد امكان پذير نيست.
جو كلي انديشه پيش از سده ي بيستم به اين دليل و جالب و قابل تأمل است كه هيچ كس به اين فكر نيفتاده بود كه كيهان در حال گسترش است يا تنجش. اين امر به طور كلي پذيرفته شده بود كه كيهان هميشه در يك حالت تغيير ناپذير وجو داشته، يا اينكه در يك زمان معين در گذشته كمابيش به همين صورت كه هم اكنون است آفريده شده است. اين امر تا حدي ناشي از گرايش مردم به باور حقايق جاويدان بوده است؛ و نيز ناشي از آسايشي كه آنها از اين راستي ها مي يافتند كه با وجود اين كه خودشان پير مي شوند و مي ميرند كيهان جاويدان و تغيير ناپذير است.
حتي آنان كه دريافته بودند تئوري گرانش نيوتن نشان مي دهد كه كيهان نمي تواند ايستا باشد، فكر نكردند كه كيهان ممكن است گستران باشد. در عوض كوشيدند تئوري را اين گونه اصلاح كنند كه نيرو هاي گرانش در مسافت هاي بسيار زياد گريزاننده باشد. اين تأثير چنداني در پيش گيري حركت سياره ها نگذاشت اما اجازه داد كه يك پراكندگي بيكران ستاره در تعادل باشند- نيروهاي ربايش ميان ستاره هاي نزديك در تعادل با نيروهاي گريزاننده ي ستاره هاي دورتر ولي اكنون مي دانيم كه چنين تعادلي ناپايدار خواهد بود: اگر ستاره هاي منطقه اي فقط كمي به يكدگر نزديك شوند، نيروهاي ربايش ميان آنها قدرتمند تر خواهد شد و بر نيروهاي گريزاننده چيره خواهند گشت؛ بنابراين ستاره ها به سوي يكديگر فرو خواهند افتاد. از سوي ديگر اگر ستاره ها كمي از هم دورتر شوند، نيروهاي وازنش چيره خواهند شد و آنها را از يكديگر دورتر خواهند كرد.
اعتراض ديگري هم نسبت به يك كيهان بيكران وارد است كه طبيعتأ به فيلسوف آلماني هاينريش البرز نسبت مي دهند كه در سال1823 درباره ي اين تئوري نوشت. در واقع ، بسياري از معاصران نيوتن اين مسئله را مطرح كرده بودند و مقاله ي البرز نخستين نوشته اي نبود كه بحث قابل قبولي را عليه آن عنوان ميكرد ، ولي نخستين مقاله اي بود كه به طور گسترده مورد تو جه قرار گرفت. دشواري اينجاست كه در يك كيهان ايستا تقريبأ هر خط ديد به سطح يك ستاره منتهي مي شود. بنابراين انتظار مي رود كه تمامي آسمان به درخشندگي خورشيد باشد، حتي شبها.بحث متقابل البرز اين بود كه نور ستاره هاي دور دست به علت جذب آن توسط جرم هاي بين را ، كم سو مي شود. اما اگر چنين چيزي رخ دهد جرم هاي بين راه سرانجام "آنقدر گداخته خواهند شده كه مانند ستاره ها بدرخشند. تنها راه گريز از اين نتيجه گيري كه آسمان شب بايد همانند سطح خورشيد درخشان باشد، اين است كه فرض مي كنيم ستاره ها هميشه درخشان نبوده و فقط در زمان محدودي در گذشته روشن شده اند. در اين صورت ، جرم هاي رباينده هنوز گداخته نشده اند يا اينكه نور ستاره هاي دور دست هنوز به ما نرسيده است. اين براي ما اين پرسش را مطح مي كند كه سبب نخستين روشن شدن ستاره چه مي توانسته باشد؟
پيدايش كيهان البته مدتها پيش از اين بحث شده بود. بنا بر برخي كيهان شناسان نخستين و آيين هاي يهوديت، مسيحيت و اسلام كيهان در زماني معين و در گذشته اي نه چندان دور آغاز شده است. يك برهان براي چنين آغازي ، اين احساس بود كه براي توضيح موجوديت كيهان داشتن يك« سبب نخستين» ضروري است.( در درون كيهان شما هميشه هر رويدادي را با رويداد مقدم بر آن توضيح مي دهيد اما موجوديت خود كيهان را تنها وقتي ميتوان اينگونه توجيه كرد كه آغازي داشته باشد.)آگوستين قديس در كتاب خود شهر خدا، برهان ديگري را مطرح كرد. او اشاره كرد كه تمدن در حال پيشرفت است ، و ما به ياد مي آوريم كه چه سي اين كار را انجام داد و چه كسي آن فن را به وجود آورد. بنابراين، انسان، و شايد هم كيهان، نميتوانسته مدت زيادي حضور داشته باشد. آگوستين قديس با استناد به كتاب پيدايش در تورات تاريخ 5000 سال پيش از ميلاد مسيح را براي آفرينش كيهان پذيرفت.( جالب است كه اين تاريخ از پايان آخرين دوران يخبندان يعني حدود 1000 سال پيش از ميلاد يعني زماني كه باستان شناسان به ما مي گويند تمدن بشري آغاز شده است، چندان دور نيست.)
از سوي ديگر ، ارستو و بيشتر فيلسوفان ديگر يونان انگاره ي آفرينش را نمي پسنديدند، زيرا نشانگر دخالت بيش از حد الهي است. از اين رو ،آنان باور داشتند كه نژراد انسان و جهان پيرامونش همواره وجود داشته و هميشه وجود خواهد داشت. باستانيان برهان پيشرفت را هم در نظ گرفته بدند. پاسخ آنها اين بود كه سيل ها و مصيبتها ي ديگر دوره اي نژراد انسان را پي در پي به آغاز تمدن برگردانده است.
اين پرسش كه آيا كيهان آغازي در زمان داشته و آيا فضاي آن محدود است، بعد ها به طور مشروح توسط امانوئل كانت در كتاب عظيم( و بسيار نا شناخته) او نقد خرد ناب ، چاپ 1781 بررسي شده است. او اين پرسش هار ا تناقضات يعني تضاد ها در خرد ناب خواند. زيرا او احساس مي كرد برهان هاي متقابل هر دو تز كه كيهان سر آغازي داشته و آنتي تز آن كه كيهان هميشه وجو داشته است، به طور مساوي باور نكردني هستند. برهان او براي اين برهان آن بود كه اگر كيهان نقطه ي آغازيني نداشته باشد، پس مدت زمان پيش از هر رويداد هم بايستي لايتناهي باشد كه نظري مردود است. برهان آنتي تز او اين بود كه اگر كيهان آغازي داشته، پس زمان پيش از آغاز آن لايتناهي بوده است. بنابراين، چرا كيهان در يك زمان معين آغاز شده باشد؟ در واقع برهان در هر دو مورد تز و آنتي تز بالا يكي است. هر دو بر پايه ي اين فرضيه ي ناگفته قرار گرفته است كه زمان به سوي گذشته هميشه وجود داشته است. همانگونه كه خواهيم ديد ، مفهوم زمان پيش از آغاز كيهان بي معني است. اين مطلب نخستين بار توسط آگوستين قديس مطرح شد. وقتي از او پرسيدند:« پيش از آفرينش كيهان خدا چه مي كرد؟» او پاسخ نداد كه :« او دوزخ را براي كسانيكه اين را مي پرسند آماده مي كرده است، بلكه گفت كه زمان متعلق به كيهاني است كه خداوند آفريده و پيش از آف5رينش زمان وجود نداشته است. در زماني كه بيشتر مردم باور داشتند كه كيهان اساأ ايستا و تغيير ناپذير است، اي ن پرسش كه آيا آغازي وجود داشته است يا نه، در واقع يك مسئله متافيزيكي يا خداشناسي به شمار مي آمد. يكي ميتوانست مشاهدات خود را بر پايه اين تئوري كه كيهان براي هميشه وجود داشته است توجيه كند. ديگري همين مشاهدات را بر پايه ي اين تئوري كه كيهان در زمان معين به حركت واداشته شده آنچنان كه گمان رود براي هميشه وجود داشته است توجيه مي كرد اما در سال 1929، ادوين هابل اين مشاهدات تاريخي را انجام داد كه به هر كجا نگاه كني كهكشان هاي دور به سرعت از ما دور مي شوند. به عبارت ديگر، كيهان گستران است. يعني در زمان هاي گذشته جسم ها به يكديگر نزديكتر بوده اند. در واقع به نظر مي رسد كه زماني حدود 10 يا 20 هزار ميليون سال پيش دقيقأ در يك نقطه قرار داشته اند و در آن زمان چگالي كيهان بينهايت بوده است. اين كشف سرانجام پرسش آغاز جهان را وارد قلمرو دانش كرد.
از مشاهدات هابل اينگونه بر مي آيد كه زماني، كه آن را زمان انفجار بزرگ مي خوانند ، كيهان بينهايت كوچك و بينهايت چگال بوده است. تحت چنين شرايط، همه ي قانون هاي شرايط، همه ي قانون هاي دانش، و در نتيجه همه ي توان ما براي پيش بيني آينده فرو مي ريزد. پس اگر رويداد هايي پيش از اين زمان بوده اند ، نمي توانسته اند تأثيري برآنچه اكنون مي گذرند داشته باشند. وجود آن رويداد ها را مي توان ناديده گرفت، زيرا كه هيچ پيامد مشاهداتي ندارد. از آنجا كه زمان پيش از آن را نمي توان تعريف كرد، ميتوان گفت كه زمان از انفجار بزرگ آغاز شده است بايد تأكيد كرد كه اين آغاز زمان بسيار متفاوت از آن آغاز هايي است كه پيش تر مطرح شده است. در يك كيهان تغيير ناپذير آغاز زمان چيزي است كه كسي بيرون از آن بايد تأيين كند هيچ ضرورت فيزكي براي وجود يك آغاز وجود ندارد.
مي توان تصور كرد كه خدا مي توانسته كيهان را در هر زمان از گذشته آفريده باشد. ار سوي ديگر ، اگر كيهان گستران است، پس شايد دلايل فيزيكي براي اين كه كيهان بايستي آغازي داشته باشد وجود داشته باش. هنوز مي توان تصور كرد كه خدا كيهان را در زمان انفجار بزرگ آفريده است.
(استيون هاوكينگ)
فصل اول: تصوير ما از كيهان
يك دانشمند معروف(برخي مي گويند برتراند راسل) بوده يك روز براي شنوندگان عام درباره ي ستاره شناسي سخنراني مي كرد. او شرح مي داد كه چگونه زمين به دور خورشيد و چگونه خورشيد هم به نوبه ي خود به دور مركز مجموعه ي گسترده اي از ستاره ها كه كهكشان خوانده مي شود مي گردد. در پايان سخنراني ، پيرزن كوچك اندامي در عقب اتاق برخاست و گفت:« آنچه به ما گفتي چرند است. دنيا در واقع يك ورق تخت است كه بر پشت يك لاك پشت غول آسا نگه داشته شده است.» دانشمند با لبخندي عاقل اندر سفيه پاسخ داد:« پس آن لاك پشت روي چه ايستاده؟» پيرزن گفت: تو خيلي زيرك هستي، خيلي زيرك ولي تا پايين همه اش لاك پشت است.
بيشتر مردم يك برج لا يتناهي از لاك پشت را به عنوان تصويري از كيهان، مسخره مي يابند، ولي چرا ما فكر مي كنيم كه پاسخ بهتري داريم؟ ما از كيهان چه مي دانيم؟ چگونه اين دانش را به دست آورده ايم؟ كيهان از كجا آمده و به كجا مي رود؟ آيا كيهان آغازي داشته و اگر چنين است، پيش از آن چه گذشته است؟ طبيعت زمان چيست؟آيا هرگز به پايان خواهد رسيد؟ آيا مي توانيم به زمان گذشته برگرديم؟ كشفيات اخير در فيزيك، كه با كمك تكنولوژي هاي شگفت انگيز كنوني امكان پذير شده، پاسخ هايي به برخي از اين پرسش هاي دير پا ارائه كرده است. شايد روزي اين پرسشها به همان اندازه ي چرخش زمين به دور خورشيد بديهي به نظر برسد. فقط زمان ( هر چه كه معني آن باشد ) مي تواند پاسخ دهد.
340 سال پيش از ميلاد، ارستو، فيلسوف يوناني، در كتاب خود به نام درباره ي افلاك توانست دو برهان خوب بر اين باور كه زمين كروي است نه يك ورق تخت عرضه كند.نخست، او دريافت كه سبب ماه گرفتگي قرار گرفتن زمين بين ماه و خورشيد است.سايه ماه همواره روي ماه گرد است كه اين فقط مي تواند در اثر كروي بودن زمين باشد. اگر زمين يك سطح گرد ولي تخت مي بود، پس سايه اش بايد كشيده و به صورت بيضي در مي آمد، مگر آنكه ماه گرفتگي هميشه در هنگامي كه خورشيد درست در زير مركز قرص زمين بود رخ مي داد. دوم ، يونيان در سفر هاي خود دريافته بودند كه ستاره ي شمال در مناطق جنوبي، پايين تر از مناطق شمالي در آسمان نمايان مي شود.( از آنجا كه ستاره ي شمال بر فراز شمالگان قرار دارد، ناظري كه در قطب شمال است آن را درست بالاي سر خود مي بيند، اما براي كسي كه از روي خط استوا مي نگرد درست در افق نمايان مي شود. بر پايه تفاوت موعيت ظاهري ستاره شمال در مصر و يونان، ارستو حتي توانست مسافت دور زمين را 400000 استاديوم برآورد كند. در ازاي يك استاديوم معلوم نيست ولي احتمالأ حدود 200 يارد(61 متر) بوده كه ، در اين صورت برآورد ارستو نزديك به دو برابر رقم پذيرفته شده ي كنوني است . يونانيان حتي دليل سومي هم در اثبات كروي بودن زمين داشتند. به چه دليلي وقتي كشتي به ساحل نزديك مي شود، نخست بادبانهاي آن در افق ديده مي شود و سپس بدنه آن؟
ارستو فكر مي كرد كه زمين ثابت است و خورشيد، ماه، سياره ها و ستاره ها در مدار هاي دايره اي به دور زمين مي چرخند. اين باور از آنجا ناشي مي شد كه به دلايل عرفاني، احساس مي كرد زمين مركز كيهان است. و حركت دايره اي كاملترين حركت هاست. اين انگاره در سده دوم ميلادي، توسط بتليموس به صورت يك مدل كيهان شناختي كامل پرورانده شدكه زمين در مركز قرار گرفته و هشت گردون آن را در بر گرفته اند كه هر كدام در برگيرنده ي ماه، خورشيد، ستاره ها و پنج سياره كه تا به آن روزگار شناخته شده بودند، يعني تير، ناهيد، بهرام، هرمز و كيوان هستند(نگاره1-1). سياره ها هر كدام در دايره ي كوچكتري در گردون(مدار) خود حركت مي كنند،كه دليل ظاهرا پيچيده مسير مشاهده شده ي آنها در آسمان است. بيرون ترين گردون، ستاره هاي پابت را حمل مي كرد كه نسبت به يكديگر موقعيت ثابتي دارند، اما با هم در آسمان مي چرخند. چه چيز فرا تر از گردون كروي واپسين قرار داشت؟ هرگز روشن نشد، ولي به هر حال، آن جا بخشي از جهان قابل مشاهده براي بشر نبود.
مدل بتليموس سامانه ي نسبتأ دقيقي را براي پيش بيني موقعيت جسم هاي آسماني فراهم كرد. اما بتليموس براي اينكه بتواند اين موقعيت را درست پيش بيني كند، مي بايست فرض مي كرد كه مسير ماه، گاه تا دو برابر ساير مواقع به زمين نزديك مي شود. اين بدان معناست كه ماه مي بايست گاهي دو برابر اندازه اوقات ديگر در آسمان ديده شود! بتليموس از اين كاستي آگاهي داشت، اما ، به هر حال، مدل او عمومأ هر چند نه كاملأ، پذيرفته شد. كليساي مسيحي اين سامانه را به عنوان تصويري از كيهان كه با كتاب مقدس همخواني دارد پذيرفت، زيرا كه در بيرون گردون(مدار) ستاره هاي ثابت، جاي زيادي براي بهشت و دوزخ باقي مانده بود.
در سال 1514 يك كشيش لهستاني به نام نيكولاس كوپرنيكوس مدل ساده تري را پيشنهاد كرد.(كوپرنيك مدل خود را در آغاز، شايد از ترس اتهام ارتداد توسط كليسا، به طور ناشناس منتشر كرد). انگاره( فرضيه) ي او اين بود كه خورشيد در مركز پابت است و زمين و ديگر سياره ها در مدارهاي دايره اي گرد آن در گردش هستند. حدود يك سده به درازا كشيد تا اينكه اين انگاره جدي گرفته شود.آنگاه،دو ستاره شناس- يكي يوهانس كپلر آلماني و ديگري گاليلئو گاليله ي ايتاليايي- آشكارا از تئوري كوپرنيك حمايت كردند. با وجود اينكه مدار هايي كه اين مدل پيش بيني كرده بود، با ندارهايي كه مشاهده شده بود كاملأ مطابقت نداشت، ضربه ي كشنده اي بر تئوري ارستو/بتليموس در سال 1609 وارد شد. در آن سال گاليله، رصد آسمان شب را به وسيله ي يك تلسكوپ كه تازگي اختراع شده بود آغاز كرد. هنگام مشاهده ي هرزمد، گاليله كشف كرد كه چندين م-ا-ه-و-ا-ر-ه يا ماه كوچك گرد آن در گردش مي باشند. اين مي رساند كه بر خلاف آنچه كه ارستو و بتليموس باور داشتند، همه چيز ناگزير به چرخش دور زمين نيست.( البته هنوز مي شد باور داشت كه زمين در مركز كيهاهن ثابت است و ماه هاي هرمزد در مسيرهاي پيچيده گرد زمين مي گردند، در حاليكه اينطور پنداشته مس ود در حال چرخش به دور هرمزد هستند، ولي تئوري كوپرنيك بسيار ساده تر بود.) در همان هنگام، يوهانس كپلر تئوري كوپرنيك را اينطور اصلاح كرد كه مسير سياره ها دايره اي نيست و بيضوي است(بيضي دايره اي است كه كش آمده باشد) اكنون ديگر پيش بيني ها با مشاهدات مطابقت مي كرد.
كپلر تئوري مدارهاي بيضوي را صرفأ براي منظور خاصي تلقي مي كرد و آن را نا سازگار مي دانست، زيرا بيضي شكلي به كمال دايره نيست. از آنجا كه او به طور تصادفي كشف كرده بود كه مدارهاي بيضوي با مشهادات مطابقت دارند، نمي توانست آن را با فرضيه ي خود كه سياره ها تحت تأثير نيروي مغناطيسي گرد خورشيد مي چرخند،سازگاري دهد.پاسخ اين مسئله سالها بعد، در سال 1687، توسط سر اسحاق نيوتن در كتاب او به نام اصول رياضي فلسفه طبيعي كه شايد مهمترين اثر در دانش هاي فيزيك باشد، فراهم شد. در اين كتاب نيوتون نه تنها تئوري چگونگي حركت جسم ها در فضا و زمان را عرضه كرد ، بلكه رياضيات ژيچيده اي را نيز كه براي تحليل حركت آنها لازم بود به وجود آورد.
افزون بر آن، نيوتن قانون جاذبه ي عمومي را وضع كرد كه طبق آن، هر جسم در كيهان به وسيله ي نيرويي به سوي جسم ديگر جذب مي شود و اين نيرو، هر چه چگالي جسم كمتر باشد قوي تر است.همين نيروست كه سبب افتادن اشياء به زمين مي شود. اين داستان كه مي گويند نيوتن از افتادن سيبي روي سرش الهام گرفته قطعأ ساختگي است.تنها چيزي كه خود نيوتن در اين باره گفته است اين است كه در جايي نشسته«ژرف در انديشه» فرو رفته بود و اينكه در آن زمان«افاقأ سيبي به زمين افتاد». نيوتن در ادامه ي تئوري خود نشان داد كه بر پايه ي قانون او، گرانش سبب مي شد كه ماه گرد زمين در يك مدار بيضي بچرخد و سبب شود كه زمين و سياره ها راهي بيضي را به دور خورشيد بپيمايند.
مدل كوپرنيكي، مدار هاي آسماني بتليموس را مردود كردند و همراه با آن، اين فرضيه كه كيهان داراي يك كرانه ي طبيعي است به كنار گذاشته شد.از آنجا كه « ستاره هاي ثابت» به نظر نمي رسيد جابه جا شوند، و تغيير موقعيتشان در آسمان فقط ناشي از چرخيدن زمين به دور محورش است، طبيعي بود كه فرض شود ستاره هاي ثابت، جسم هايي همانند خورشيد خودمان هستند، ولي خيلي دورتر.
نيوتن دريافت كه طبق تئوري گرانش خود او، ستاره ها بايد يكديگررا جذب كنند، بنابراين، به نظر كه قاعدتأ آنها نبايد بي حركت باشند. بنابراين،آيا نبايد در زماني آنها به هم برسند؟ در نامه اي در سال 1691 به ريچارد بنتلي،يكي ديگر از انديشمندان برجسته ي زمان او، نيوتن بحث كرد كه اگر شمار ستاره ها در كيهان محدود باشد و اين ستاره در منطقه ي محدودي از فضا پراكنده باشند، اين برخورد قطعأ روي خواهد داد. ولي او استدلال كرد كه، از سوي ديگر، اگر شمار ستاره ها نا محدود و كما بيش به طور يكسان در فضاي بي كران پراكنده باشند، چنين اتفاقي نخواهد افتاد، زيرا ديگر نقطه مركزي وجود نخواهد داشت تا آنها به سويش كشيده شوند.
اين استدلال نمونه اي از دامي است كه هنگام بحث درباره ي بيكراني با آن برخورد مي كنيد. در يك كيهان بي كرانه، هر نقطه را مي توان مركز پنداشت، زيرا هر نقطه تعداد بي نهايت ستاره در هر دو سوي خود دارد.راهبرد درست كه سالها بعد به آن پي برده شد، اين است كه يك كيهان متناهي را در نظر بگيريم كه در آن همه ي ستاره ها روي هم فرو مي افتند. سپس اين پرسش را مي كنيم كه اگر ستاره هاي بيشتري به طور يكسان پيرامون اين منطقه بيافزايند، چه تغييراتي رخ خواهد داد؟ طبق قانون نيوتن ، ستاره هاي افزوده شده، به طور ميانگين هيچ تغييري در ستاره هاي اصلي به وجود نخواهد آورد ، بنابر اين ،فرو افت با همان سرعت پيشين روي خواهد داد. ما مي توانيم هر تعدادي كه بخواهيم ستاره بيافزاييم و آنها همچنان به روي خود فرو خواهند افتاد. اكنون مي دانيم كه داشتن يك مدل ايستاي بينهايت كه در آن گرانش همواره جاذب باشد امكان پذير نيست.
جو كلي انديشه پيش از سده ي بيستم به اين دليل و جالب و قابل تأمل است كه هيچ كس به اين فكر نيفتاده بود كه كيهان در حال گسترش است يا تنجش. اين امر به طور كلي پذيرفته شده بود كه كيهان هميشه در يك حالت تغيير ناپذير وجو داشته، يا اينكه در يك زمان معين در گذشته كمابيش به همين صورت كه هم اكنون است آفريده شده است. اين امر تا حدي ناشي از گرايش مردم به باور حقايق جاويدان بوده است؛ و نيز ناشي از آسايشي كه آنها از اين راستي ها مي يافتند كه با وجود اين كه خودشان پير مي شوند و مي ميرند كيهان جاويدان و تغيير ناپذير است.
حتي آنان كه دريافته بودند تئوري گرانش نيوتن نشان مي دهد كه كيهان نمي تواند ايستا باشد، فكر نكردند كه كيهان ممكن است گستران باشد. در عوض كوشيدند تئوري را اين گونه اصلاح كنند كه نيرو هاي گرانش در مسافت هاي بسيار زياد گريزاننده باشد. اين تأثير چنداني در پيش گيري حركت سياره ها نگذاشت اما اجازه داد كه يك پراكندگي بيكران ستاره در تعادل باشند- نيروهاي ربايش ميان ستاره هاي نزديك در تعادل با نيروهاي گريزاننده ي ستاره هاي دورتر ولي اكنون مي دانيم كه چنين تعادلي ناپايدار خواهد بود: اگر ستاره هاي منطقه اي فقط كمي به يكدگر نزديك شوند، نيروهاي ربايش ميان آنها قدرتمند تر خواهد شد و بر نيروهاي گريزاننده چيره خواهند گشت؛ بنابراين ستاره ها به سوي يكديگر فرو خواهند افتاد. از سوي ديگر اگر ستاره ها كمي از هم دورتر شوند، نيروهاي وازنش چيره خواهند شد و آنها را از يكديگر دورتر خواهند كرد.
اعتراض ديگري هم نسبت به يك كيهان بيكران وارد است كه طبيعتأ به فيلسوف آلماني هاينريش البرز نسبت مي دهند كه در سال1823 درباره ي اين تئوري نوشت. در واقع ، بسياري از معاصران نيوتن اين مسئله را مطرح كرده بودند و مقاله ي البرز نخستين نوشته اي نبود كه بحث قابل قبولي را عليه آن عنوان ميكرد ، ولي نخستين مقاله اي بود كه به طور گسترده مورد تو جه قرار گرفت. دشواري اينجاست كه در يك كيهان ايستا تقريبأ هر خط ديد به سطح يك ستاره منتهي مي شود. بنابراين انتظار مي رود كه تمامي آسمان به درخشندگي خورشيد باشد، حتي شبها.بحث متقابل البرز اين بود كه نور ستاره هاي دور دست به علت جذب آن توسط جرم هاي بين را ، كم سو مي شود. اما اگر چنين چيزي رخ دهد جرم هاي بين راه سرانجام "آنقدر گداخته خواهند شده كه مانند ستاره ها بدرخشند. تنها راه گريز از اين نتيجه گيري كه آسمان شب بايد همانند سطح خورشيد درخشان باشد، اين است كه فرض مي كنيم ستاره ها هميشه درخشان نبوده و فقط در زمان محدودي در گذشته روشن شده اند. در اين صورت ، جرم هاي رباينده هنوز گداخته نشده اند يا اينكه نور ستاره هاي دور دست هنوز به ما نرسيده است. اين براي ما اين پرسش را مطح مي كند كه سبب نخستين روشن شدن ستاره چه مي توانسته باشد؟
پيدايش كيهان البته مدتها پيش از اين بحث شده بود. بنا بر برخي كيهان شناسان نخستين و آيين هاي يهوديت، مسيحيت و اسلام كيهان در زماني معين و در گذشته اي نه چندان دور آغاز شده است. يك برهان براي چنين آغازي ، اين احساس بود كه براي توضيح موجوديت كيهان داشتن يك« سبب نخستين» ضروري است.( در درون كيهان شما هميشه هر رويدادي را با رويداد مقدم بر آن توضيح مي دهيد اما موجوديت خود كيهان را تنها وقتي ميتوان اينگونه توجيه كرد كه آغازي داشته باشد.)آگوستين قديس در كتاب خود شهر خدا، برهان ديگري را مطرح كرد. او اشاره كرد كه تمدن در حال پيشرفت است ، و ما به ياد مي آوريم كه چه سي اين كار را انجام داد و چه كسي آن فن را به وجود آورد. بنابراين، انسان، و شايد هم كيهان، نميتوانسته مدت زيادي حضور داشته باشد. آگوستين قديس با استناد به كتاب پيدايش در تورات تاريخ 5000 سال پيش از ميلاد مسيح را براي آفرينش كيهان پذيرفت.( جالب است كه اين تاريخ از پايان آخرين دوران يخبندان يعني حدود 1000 سال پيش از ميلاد يعني زماني كه باستان شناسان به ما مي گويند تمدن بشري آغاز شده است، چندان دور نيست.)
از سوي ديگر ، ارستو و بيشتر فيلسوفان ديگر يونان انگاره ي آفرينش را نمي پسنديدند، زيرا نشانگر دخالت بيش از حد الهي است. از اين رو ،آنان باور داشتند كه نژراد انسان و جهان پيرامونش همواره وجود داشته و هميشه وجود خواهد داشت. باستانيان برهان پيشرفت را هم در نظ گرفته بدند. پاسخ آنها اين بود كه سيل ها و مصيبتها ي ديگر دوره اي نژراد انسان را پي در پي به آغاز تمدن برگردانده است.
اين پرسش كه آيا كيهان آغازي در زمان داشته و آيا فضاي آن محدود است، بعد ها به طور مشروح توسط امانوئل كانت در كتاب عظيم( و بسيار نا شناخته) او نقد خرد ناب ، چاپ 1781 بررسي شده است. او اين پرسش هار ا تناقضات يعني تضاد ها در خرد ناب خواند. زيرا او احساس مي كرد برهان هاي متقابل هر دو تز كه كيهان سر آغازي داشته و آنتي تز آن كه كيهان هميشه وجو داشته است، به طور مساوي باور نكردني هستند. برهان او براي اين برهان آن بود كه اگر كيهان نقطه ي آغازيني نداشته باشد، پس مدت زمان پيش از هر رويداد هم بايستي لايتناهي باشد كه نظري مردود است. برهان آنتي تز او اين بود كه اگر كيهان آغازي داشته، پس زمان پيش از آغاز آن لايتناهي بوده است. بنابراين، چرا كيهان در يك زمان معين آغاز شده باشد؟ در واقع برهان در هر دو مورد تز و آنتي تز بالا يكي است. هر دو بر پايه ي اين فرضيه ي ناگفته قرار گرفته است كه زمان به سوي گذشته هميشه وجود داشته است. همانگونه كه خواهيم ديد ، مفهوم زمان پيش از آغاز كيهان بي معني است. اين مطلب نخستين بار توسط آگوستين قديس مطرح شد. وقتي از او پرسيدند:« پيش از آفرينش كيهان خدا چه مي كرد؟» او پاسخ نداد كه :« او دوزخ را براي كسانيكه اين را مي پرسند آماده مي كرده است، بلكه گفت كه زمان متعلق به كيهاني است كه خداوند آفريده و پيش از آف5رينش زمان وجود نداشته است. در زماني كه بيشتر مردم باور داشتند كه كيهان اساأ ايستا و تغيير ناپذير است، اي ن پرسش كه آيا آغازي وجود داشته است يا نه، در واقع يك مسئله متافيزيكي يا خداشناسي به شمار مي آمد. يكي ميتوانست مشاهدات خود را بر پايه اين تئوري كه كيهان براي هميشه وجود داشته است توجيه كند. ديگري همين مشاهدات را بر پايه ي اين تئوري كه كيهان در زمان معين به حركت واداشته شده آنچنان كه گمان رود براي هميشه وجود داشته است توجيه مي كرد اما در سال 1929، ادوين هابل اين مشاهدات تاريخي را انجام داد كه به هر كجا نگاه كني كهكشان هاي دور به سرعت از ما دور مي شوند. به عبارت ديگر، كيهان گستران است. يعني در زمان هاي گذشته جسم ها به يكديگر نزديكتر بوده اند. در واقع به نظر مي رسد كه زماني حدود 10 يا 20 هزار ميليون سال پيش دقيقأ در يك نقطه قرار داشته اند و در آن زمان چگالي كيهان بينهايت بوده است. اين كشف سرانجام پرسش آغاز جهان را وارد قلمرو دانش كرد.
از مشاهدات هابل اينگونه بر مي آيد كه زماني، كه آن را زمان انفجار بزرگ مي خوانند ، كيهان بينهايت كوچك و بينهايت چگال بوده است. تحت چنين شرايط، همه ي قانون هاي شرايط، همه ي قانون هاي دانش، و در نتيجه همه ي توان ما براي پيش بيني آينده فرو مي ريزد. پس اگر رويداد هايي پيش از اين زمان بوده اند ، نمي توانسته اند تأثيري برآنچه اكنون مي گذرند داشته باشند. وجود آن رويداد ها را مي توان ناديده گرفت، زيرا كه هيچ پيامد مشاهداتي ندارد. از آنجا كه زمان پيش از آن را نمي توان تعريف كرد، ميتوان گفت كه زمان از انفجار بزرگ آغاز شده است بايد تأكيد كرد كه اين آغاز زمان بسيار متفاوت از آن آغاز هايي است كه پيش تر مطرح شده است. در يك كيهان تغيير ناپذير آغاز زمان چيزي است كه كسي بيرون از آن بايد تأيين كند هيچ ضرورت فيزكي براي وجود يك آغاز وجود ندارد.
مي توان تصور كرد كه خدا مي توانسته كيهان را در هر زمان از گذشته آفريده باشد. ار سوي ديگر ، اگر كيهان گستران است، پس شايد دلايل فيزيكي براي اين كه كيهان بايستي آغازي داشته باشد وجود داشته باش. هنوز مي توان تصور كرد كه خدا كيهان را در زمان انفجار بزرگ آفريده است.