به راستی دانسته‌های ما درباره‌ی جهان هستی چقدر درست است؟
۱۳.۸ میلیارد سال پیش، بر اثر یک انفجار کیهانی جهان به سرعت متورم گشته و سپس سرد شد. هم اکنون نیز با شتاب فزاینده‌ای در حال رشد است و قسمت اعظم آن را چیزی به نام ماده و انرژی تاریک تشکیل داده که نمی‌دانیم چیست… درست گفتم؟
این داستان اغلب آنقدر مسلم فرض شده که ارائه‌ی شواهد برای آن کاری عبث جلوه می‌کند، ولی با این وجود، تقریباً می‌شود گفت شواهد تجربی پشت آن نیست و رصد نقاط دور جهان چیزهای متضادی نشان می‌دهد.
در ماه‌های اخیر، اندازه‌گیری‌های جدید ثابت هابل (نرخ تورم کیهان) دو عدد کاملاً متفاوت را در دو متد سنجش نشان داده است. این اختلاف‌ها فقط در مورد اندازه‌گیری ساده نیست، بلکه ما را درباره‌ی قابلیت اعتماد مدل استاندارد کنونی کیهان شناسی در مقیاس‌های عظیم آن به تردید وا می‌دارد.
کاوش دیگری که اخیراً به این تردید دامن زده، مشاهده‌ی کهکشان‌هایی است که با نظریه‌ی ماده تاریک همخوانی ندارند. بر اساس این نظریه، این ماده‌ی فرضی باید در همه جا وجود داشته باشد، ولی اندازه‌گیری‌های اخیر نشان داده که اینگونه نیست و همین مسئله نظریه را نیازمند بازنگری کرده است.
شاید ارزشش را داشته باشد که از خودمان بپرسیم چرا فیزیکدانان فرض می‌کنند که ماده تاریک باید در همه جای عالم باشد؟ پاسخ این پرسش در یکی از ویژگی‌های عجیب فیزیک کیهان‌شناسی نهفته که اغلب مورد توجه قرار نمی‌گیرد.
برای کارکرد نظریاتی مثل ماده تاریک، انرژی تاریک و تورم کیهانی، که هر کدام به طریقی به مدل بیگ بنگ گره خورده‌اند، پدیده‌های تجربی شناخته شده توصیف نمی‌گردد، بلکه انسجام ریاضی خود چارچوب ارائه شده، در حالی که مشاهدات متناقضی را شامل می‌شود، حفظ می‌گردد. اساساً تمام این نظریات نام چیزهایی هستند که برای مسلم فرض شدن و جهان شمول بودن این چارچوب، باید وجود داشته باشند.
با سر بر آوردن هر اختلاف جدید بین مشاهدات و نظریه، تحقیقات بیشتری انجام می‌شود تا به نوعی دیالکتیکی شکل گرفته و نظریه را به‌روزتر نماید. ولی با زیاد شدن این اختلافات، می‌توان این گونه هم فکر کرد که شاید مشکلی اساسی در نظریه باشد؛ مشکلی که با این ور و آن ور کردن پارامترها یا اضافه کردن متغیرهای جدید حل نمی‌شود.
بیایید زمینه و تاریخچه این مسئله را با هم بررسی کنیم. فیزیک کیهان‌شناسی، به عنوان علمی که پایه و اساس آن ریاضی است، به نظر می‌آید که بسیار دقیق باشد. ولی کیهان مانند هیچ یک از نهادهای علمی روی زمین نیست. نظریه‌ای برای کل جهان، بر اساس مناطق مجاور ما که تنها نمونه‌ی شناخته شده از دنیا برای ماست، نیازمند فرضیات ساده‌سازی شده‌ی بسیاری است. وقتی این فرضیات در هم ضرب شده و به فواصل زیادی اعمال می‌شوند، احتمال خطا افزایش می‌یابد و وقتی هم که از روش‌های آزمایشی محدودمان استفاده می‌کنیم، هم قوز بالای قوز می‌شود.
از نظر تاریخی، قوانین فیزیکی نیوتون چارچوبی نظری ایجاد کرد که برای منظومه شمسی ما با دقت قابل توجهی کار می‌کرد. برای مثال، وجود هر دو سیاره‌ی اورانوس و نپتون بر اساس مدل نیوتون پیش‌بینی شد. با این حال، با بالا بردن مقیاس، ثابت شد که اعتبار محدودی دارد. چارچوب نسبیت عام اینشتین محدوده و دقت را گسترش داد و ما را از کهکشان خود بیرون برد، ولی چقدر دورتر؟
الگوواره‌ی بیگ بنگ که در اواسط قرن بیستم پدید آمد، به نوعی اعتبار این مدل را تا بی‌نهایت بالا آورد و حتی شعاع جهان (۴۶ میلیارد سال نوری) و پیدایش زمان را تعریف نمود. این بسط عظیم تنها بر پایه‌ی چند اکتشاف مشخص صورت پذیرفت؛ مثل مشاهدات ادوین هابل مبنی بر تورم عالم در سال ۱۹۲۹ و شناسایی تابش ریزموج زمینه‌ی کیهانی در سال ۱۹۶۴. اگر مقیاس کنونی را در کیهان‌شناسی با این اکتشافات محدود مقایسه کنیم، متوجه خواهیم شد که کمی زیاده‌روی کرده‌ایم.
البته کاملاً محتمل است که اعتبار نسبیت عام در نزدیکی همین خانه‌ی خود ما درهم‌‌شکند، نه در انتهای فرضی جهان. اگر چنین اتفاقی رخ دهد، بنای نظری چندلایه پارادایم بیگ بنگ به داستان‌هایی افسانه‌ای تبدیل خواهد شد که برای حفظ سازگاری این مدل با متغیرهای معتبر تجربی به وجود آمده‌اند و کار را تا جایی پیش برده‌اند که نظریه و تجربه متقابلاً به هم وابسته شده و علم از افسانه تشخیص داده نشود.
علاوه بر این‌ها، بیشتر مشاهدات ما از جهان به صورت آزمایشی و غیرمستقیم صورت می‌گیرد. تلسکوپ‌های فضایی معاصر از هیچ چیز نمای مستقیمی ندارند؛ بلکه از طریق فعل و انفعالات پیش‌بینی‌های نظری و پارامترهای قابل انعطاف اندازه‌گیری‌هایی انجام می‌دهند که مدل استاندارد در تمامی مراحل آن اعمال اثر می‌کند. همین چارچوب مشکل را نشان می‌دهد؛ تعیین می‌کند که باید کجا را چگونه مشاهده کنیم و با وجود تکنولوژی‌های پیشرفته و متدهای درگیر، محدودیت‌های اساسی در راه این هدف خطر گمراه شدن توسط فرضیاتی را که نمی‌توان محاسبه نمود بالا می‌برد.
پس از صرف سال‌های متمادی در راه پژوهش بنیادهای فیزیک کیهانی از فلسفه‌ی دیدگاه علمی، از شنیدن واژه‌ی بحران در کیهان‌شناسی شگفت‌زده نمی‌شوم. در نشست “مناظره‌ی تورم” چند سال قبل در Scientific American، یکی از طرفداران اصلی نظریه، بخشی کلیدی از پارادایم بیگ بنگ را به عدول از علمی بودن متهم کرد.
چرا؟ چون نظریه تورم برای انباشت تقریباً تمام داده‌ها، بر ابداعات موردی تکیه دارد و به دلیل این که زمینه‌ی فیزیکی بر پایه‌ی هیچ چیزی با توجیه تجربی استوار نیست. احتمالاً دلیل این مسئله کاربرد بسیار مهم تورم در پیوند زدن یک مهبانگ ناشناخته به فیزیکی است که ما امروزه می‌شناسیم. خوب، آیا این علم است یا ابداعات متعارف؟
برخی از اخترفیزیکدانان، مثل مایکل دیزنی پارادایم بیگ بنگ را به خاطر فقدان قطعیت در آن سرزنش کرده‌اند. تحلیل او این است که چارچوب نظری بیگ بنگ مشاهدات قطعی بسیار کمتری نیست به پارامترهای آزاد دارد تا آن‌ها را تعدیل نماید؛ این یعنی “معنی‌داری منفی” که برای هر شاخه‌ای در علم زنگ خطر محسوب می‌شود. دیزنی در آمریکن ساینتیست این گونه انتقاد خود را توضیح می‌دهد:
آدم شکاکی مثل من، معنی‌داری منفی را پس از این همه زمان، کوشش و پیرایش، چیزی بیشتر از یک تلاش برای اصلاح دوباره‌ی داستانی عامه پسند به منظور حفظ انسجام آن با مشاهدات جدید نمی‌بیند.
همانطور که من در کتابم (آزمایش‌های متافیزیکی) بحث کرده‌ام، تاریخچهی دور و درازتری پست مشکلات کنونی وجود دارد. خود فرضیه بیگ بنگ در اصل به عنوان نتیجه‌ی غیرمستقیم نسبیت عام مطرح شد که تحت ریمدلینگ قرار گرفته است. اینشتین فرضیه‌ای بنیادین در مورد جهان اختیار کرد که بر اساس آن هم زمان و هم فضا استاتیک بودند و برای گنجاندن این ایستایی، یک “ثابت کیهانی” به معادلات خود اضافه نمود که خودش هم اعتراف کرد برای این کار هیچ توجیه فیزیکی نداشت.
ولی وقتی هابل اظهار داشت که جهان در حال گسترش است و راه حل اینشتین بی‌ارزش شد، تعدادی از فیزیک‌ریاضی‌دانان سعی کردند تا یک فرضیه‌ی بنیادین از این مدل را تغییر دهند: این که تمام جهات فضایی عالم یکی است و تنها زمان تفاوت ایجاد می‌کند. زیاد هم بی‌معنی نبود، این نظریه یک مزیت ویژه داشت: اتحاد احتمالی کیهان‌شناسی و فیزیک هسته‌ای. آیا مدل جدید اتمی می‌توانست جهان را هم تعریف کند؟
از همان ابتدا، این نظریه از عواقب لحظه‌ای یک واقعه‌ی فرضی صریح صحبت می‌کرد که کاربرد اصلی آن به عنوان وضعیت محدود بود؛ یعنی نقطه‌ای که در آن نظریه از کار می‌افتد. نظریه‌ی بیگ بنگ هیچ چیزی در مورد بیگ بنگ نمی‌گوید؛ بیشتر به فرضیه مقدم برای حل نسبیت عام شبیه است.
بر روی این فرضیه غیر قابل نمایش ولی بسیار پربازده، لایه به لایه دست نخورده، با مقیاس‌های گسترده و اختلاف‌های جدید باقی مانده است. برای توجیه مشاهدات کهکشان‌ها که با نسبیت عام همخوانی ندارند، وجود ماده تاریک به عنوان ماده‌ای ناشناخته و نامرئی مطرح شد که بیش از یک چهارم تمام محتوای ماده-انرژی جهان را تشکیل می‌دهد – البته با فرض این که این چارچوب جهان شمول است. در سال ۱۹۹۸، وقتی یک سری از اندازه‌گیری‌های ابرنواخترها نشان داد که کهکشان‌های شتابدار با این نظریه نمی‌خواند، نظریه‌ای جدید از نیرویی مرموز به نام انرژی تاریک پدید آمد که محاسبه می‌شود در حدود ۷۰ درصد جرم-انرژی جهان را تشکیل داده است.
معمای اصلی الگوواره‌ی کیهانی معاصر این است که برای حفظ نظریه‌ای یکپارچه و معتبر درباره‌ی کل جهان، ما باید بپذیریم که ۹۵ درصد کیهان ما از عناصر و نیروهای کاملاً ناشناخته درست شده که هیچ شواهد تجربی از آن‌ها در دست نداریم. مطمئن شدن از این تصور برای یک دانشمند نیازمند یک ایمان استثنایی به قدرت وحدت ریاضی است.
در انتها، مسئله بغرنج کیهان شناسی تکیه‌ی آن بر چارچوبی است که برای تحقیقات ضروری می‌باشد. به خاطر فقدان جایگزین مشخص، به نظر می‌رسد باید به همین نظریه بچسبیم. اضافه کردن لایه‌های نظری بیشتر واقع‌بینانه‌تر از بازنگری در مسائل بنیادین به نظر می‌رسد.
برخلاف ایدئال علمی که می‌گوید باید به حقیقت نزدیک و نزدیک‌تر شویم، کیهان‌شناسی اصطلاحی را از مطالعات تکنولوژیک قرض گرفته است، وابسته به مسیر: تعیین همه جانبه توسط اشارات ابداعات پیشین خود.
