روزنامه خراسان
1399/03/01
چرا آسمان شب با این همه ستاره تاریک است؟
یکی از مهمترین خاصیتهای کودکی این است که ندانستن در آن دوره بد نیست. هر موضوع تازهای توجه یک کودک را جلب میکند و کلی سوال ریز و درشت توی ذهن اش میسازد. وقتی کم سنوسال هستیم از قضاوت شدن و مورد تمسخر قرار گرفتن نمیترسیم و به همین دلیل سوالهایمان را بدون ترس و نگرانی به زبان میآوریم اما با فاصله گرفتن از سالهای کودکی قدرت پرسشگری در جدال با ترسها شکست میخورد و سوالهای بیشماری روی دستمان میماند که در گوشه دنج ذهن نگهداری و بعد از مدتی هم در گذار روزمرگیها بدون آن که پاسخشان را بیابیم، فراموش میشوند. حتما شما هم تجربه این چنینی داشتهاید و پرسشهای بدون جوابی گوشه ذهنتان جا خوش کردهاند و هیچوقت هم به جوابشان نرسیدید. در این میان هستند کسانی که بر احساسات و نگرانی هایشان غلبه و سوالات به ظاهر سادهشان را مطرح می کنند که اتفاقا در مدتی کوتاه مشخص میشود هنوز هیچ جواب دقیقی برای آن وجود ندارد. درست مثل کسی که اولین بار پرسید: چرا فضا تاریک است در حالی که این همه ستاره در آن وجود دارد؟ پرسشی که در نگاه اول خندهدار به نظر میرسد ولی دانشمندان زمان خودش را به شدت به چالش کشید تا بتوانند جوابی درست و دقیق برایش پیدا کنند. یک سوال معمولی که شاید اگر «اولبرس»، پزشک و منجم آلمانی آن را گوشه ذهن اش نگه میداشت حالا ما جهانی را که در آن زندگی میکنیم به خوبی نمیشناختیم. سوالی که دید بشر را به دنیا تغییر داد و زمینه طراحی ماموریتهای فضایی مختلف را فراهم کرد و از دل آن پرسشهای مهم دیگری درباره کیهان متولد شد. در این پرونده درباره این که چرا آسمان شب تاریک است و جوابهای مختلفی که به آن داده شده، صحبت خواهیم کرد و در نهایت به تاثیراتی که طرح این پرسش بر دنیای علم و نوع نگاه ما به جهان داشت میپردازیم.پزشکی که منجمی معروف شد آشنایی با مردی که جرئت کرد سوالی ساده را بپرسد و نامش در تاریخ ماندگار شود زندگی اولبرس، پزشک و منجم آلمانی شبیه خیلی از ما بود که درگیر یک رشته تحصیلی خاص میشویم و علاقهمان را هم همیشه یک جوری دنبال خودمان میکشیم. سالهای نوجوانیاش با فرمولهای ریاضی گذشته بود و شیفته حل مسئلههای پیچیده بود اما در جوانی به سراغ پزشکی و داروسازی رفت چون فکر میکرد با پزشکی میتواند به مردم کمک کند ولی حالا ما اولبرس را با حرفه پزشکیاش نمیشناسیم. او بیش از پزشکی و داروسازی به سیارکهایی که کشف کرده و پرسش مهم نجومی که مطرح کرده، معروف شده است. او روزها مشغول طبابت و تهیه دارو بود و شبها به آسمان چشم میدوخت و محل دقیق ستارگان را بررسی میکرد و دربارهشان یادداشت مینوشت. کمکم آنقدر به آسمان دل بست که طبقه بالای خانهاش را به رصدخانه تبدیل کرد. گاهی آن چنان محو تماشای آسمان میشد که طی شب فقط چهار ساعت میخوابید. محصول این شبزندهداریها و رصدهای دقیق، کشف سیارک «پالاس» در سال 1802 و سیارک «وِستا» در سال 1807 است. «هنریش ویلهلم اولبرس» حدود سال 1815 دنبالهداری را در آسمان رصد کرد که بعدها به نام خودش ثبت شد. اما تا اینجا هنوز به اندازهای که امروز شناخته شده است، معروف نشده بود. طی سالها چشم دوختن به آسمان و غرق شدن در مناظر خیالانگیزش یک پرسش ذهن اولبرس را رها نمیکرد، چرا آسمان شب تاریک است در حالی که این همه ستاره در فضا وجود دارد؟ به عبارت درستتر اگر جهان ما جهانی بیکران، ایستا و ابدی-ازلی باشد، راستای دید ما در هر طرف باید در نهایت به ستارهای ختم بشود پس هیچ نقطه آسمان نباید سیاه و تاریک باشد و اتفاقا میتواند مثل روز روشن باشد، او از این قضیه با عنوان یک پارادوکس یاد میکرد. مدتها ستاره شناسها در حال ایدهپردازی و تحقیق بودند تا پاسخ درست و مشخصی برای این سوال به ظاهر ساده اولبرس پیدا کنند، آنها جوابهای مختلفی را مطرح میکردند تا این که بالاخره به درک دقیقی درباره علت واقعی این ماجرا رسیدند. اولبرس در 81 سالگی در «برمن» شهری در نزدیکی محل تولدش از دنیا رفت و هیچ وقت جواب سوالش را نگرفت. 4 سکانس تا کشف پاسخ پارادوکس اولبرس سکانس اول گرد و غبار موجود در فضا اولین جواب برای سوال اولبرس اولبرس در سال 1823 درست یک سال بعد از مطرح کردن سوال عجیب اش به پاسخی رسید که اتفاقا هم راستا با نظر دانشمندان همان دوره بود. او فکر میکرد گرد و غبارهایی که در فضای بین ستارهها وجود دارد، نور ستارگان را جذب میکند و مانع رسیدن آنها به به چشم ما میشود و در یادداشتهایش نوشت: «جای خوشبختی است که زمین نور ستارگان را از تمام نقاط گنبد آسمان دریافت نمیکند! اگرچه حتی در آن صورت، با گرما و نور غیر قابل تصوری در حدود 90 هزار بار بیشتر از آنچه ما هماکنون تجربه میکنیم، مواجه میشدیم.» این جواب در ابتدا به نظر منطقی میرسید اما بعدها با دقت بیشتری که اخترفیزیکدانها به خرج دادند، مشخص شد که اگر واقعا ذرات غبار بین ستارهها، نورهای رسیده را جذب کنند بعد از مدتی انرژیشان بالا میرود و آن قدر داغ خواهند شد که خودشان هم ممکن است تابش داشته باشند. به عبارت سادهتر ذرات غبار با جذب نور و انرژی ستارهها دمایشان بالا میرود و مثل یک تکه چوب در حال سوختن که نور تولید میکند آنها هم میتوانند تابش داشته باشند. سکانس دوم نور ستارهها در راه رسیدن به ما ضعیف میشود از آنجایی که با دور شدن ستارهها از ما نور کمتر و ضعیفتری هم به ما میرسد و گاهی این نور آنقدر کم انرژی و ضعیف میشود که دیگر در محدوده چشم ما قرار نمی گیرد ، دانشمندها تا سالها قبل از پاسخ کلوین، فکر میکردند همین مسئله است که باعث میشود فضا به نظر تاریک بیاید و نور بسیاری از ستارهها به چشم ما نرسد. به این اتفاق انتقال به سرخ گفته میشود چون نور مرئی ستارهها به دلیل مسافت طولانی که طی میکنند تا به ما برسند ، انرژی از دست میدهند و از محدوده مرئی به محدوده فرو سرخ میروند و دیگر قابل مشاهده نیستند که این موضوع میتواند عامل تاریکی فضا باشد. ولی بعد از گذشت زمان کمی متوجه شدند به همان اندازه که نور مرئی ستارهها ضعیف میشود، پرتوهای پر انرژی فرابنفش که بعضی ستارهها منتشر میکنند تا به ما برسد افت انرژی پیدا میکند و در محدوده مرئی قابل دیدن میشود. پس این دو اتفاق، اثر یکدیگر را خنثی می کنند و این ماجرا نمیتواند پاسخ درستی برای سوال اولبرس باشد. سکانس سوم باورکردنی نیست اما یک شاعر پاسخ را پیدا کرد شاید هیچوقت به ذهن کسی خطور نمیکرد سرنخهای پاسخ اصلی این سوال به ظاهر ساده اما بسیار پیچیده، اولین بار توسط یک شاعر ارائه شود نه یک دانشمند ستارهشناس. «ادگار آلنپو»، شاعر و نویسنده آمریکایی در سال 1848 اولین کسی بود که در کتاب شعرش ایده جالبی درباره پارادوکس اولبرس مطرح کرد ، گرچه شاید خیلی جدی گرفته نشد ولی در هر حال نباید از خلاقیت و دقت آلنپو غافل باشیم چرا که او واقعا به هدف زد و به نکته بسیار مهمی برای رسیدن به پاسخ سوال اشاره کرد. او در کتاب «اورکا»ی خود شعری نوشت با این مضمون که اگر جهان ما جهانی غیرایستا(متغیر و در حال انبساط یا انقباض) با ابعاد و عمری کراندار(محدود) باشد، پارادوکس اولبرس هم حل میشود چراکه دراین صورت برای تعداد و عمر ستارگان نهایتی وجود دارد. به عبارت سادهتر یعنی جهان نامحدود نیست و عمر ستارگان هم حد معینی دارد پس در هر نقطه دید ما الزاما ستارهای وجود ندارد تا فضا را کاملا روشن نگه دارد. به هر حال آلنپو شاعر بود و تخصصی در نجوم و فیزیک نداشت بنابراین حرفش مورد توجه جوامع علمی قرار نگرفت چون با روش علمی و مبنای مشاهداتی و محاسباتی همراه نبود. سالها بعد، کیهانشناسی با نام «ادوارد هریسون»، برای اولین بار دریافت که آلنپو پارادوکس اولبرس را حل کرده و درباره او نوشت: «زمانیکه من اولین بار شعر آلنپو را خواندم، متحیر شدم. چگونه یک شاعر که در بهترین حالت میتواند یک دانشمند آماتور باشد، توانسته بود 140 سال پیش، به توضیح صحیح این پارادوکس دست یابد، درست زمانیکه در دانشگاههای ما هنوز توضیحات غلط تدریس میشود.» اپیزود پایانی و اما جواب اصلی از زبان یک فیزیکدان سال 1901 اتفاق ویژهای افتاد ؛ «لرد کلوین» که فیزیکدان برجسته و معروفی بود توضیحی داد که به نظر میرسید پاسخ دقیق و علمی این پرسش مهم است. او یادآوری کرد زمانی که به آسمان نگاه میکنیم در واقع شاهد آنچه در گذشته اتفاق افتاده است، هستیم نه آنچه در زمان حال در فضا در حال رخ دادن است. اما چگونه؟ چون سرعت نور، اگرچه در مقیاس زمینی بسیار زیاد است، اما به هر حال محدود است و برای رسیدن نور از ستارگان دوردست به زمین، زمان لازم است. پس آنچه از ستارگان میبینیم مربوط به گذشته آنهاست و با توجه به اینکه نزدیک هستند یا خیلی دور، تصویرشان هم میتواند جدیدتر یا خیلی قدیمیتر باشد. کلوین محاسبه کرد برای اینکه آسمان شب درخشان باشد، جهان باید صدها تریلیون(یک تریلیون برابر است با هزار میلیارد یعنی 12 صفر جلوی عدد یک) سال نوری گستردگی داشته باشد ولی از آنجا که جهان چنین سنی ندارد، بنابراین آسمان ضرورتا سیاه خواهد بود. البته یک دلیل دیگر هم وجود دارد و آن هم این است که عمر ستارگان محدود است و درنهایت چند میلیارد سال سن دارند. غیرایستا بودن جهان تنها در صورتی با کراندار بودن ابعاد و عمر آن سازگاری دارد که فرض بگیریم جهان از وضعیتی بسیار کوچک متولد شده است و با گذشت زمان، بر ابعاد آن افزوده شده به طوری که هم اینک نیز در حال بزرگتر شدن است. پاسخ کلوین دقیقترین پاسخی بود که تا آن زمان به این سوال داده شد و حالا به طور دقیقتر می توانیم بگوییم که اگر فرض کنیم جهان بینهایت است باید بدانیم که بینهایت پیر نیست! یعنی آنقدر عمر ندارد که نور ستارههای دوردستش به ما برسد و فضا را روشن کند. سرعت نور محدود است و ما هر اتفاق را تنها بعد از رسیدن نورش میتوانیم ببینیم. چند سالی است فهمیدهایم که جهان 13.8 میلیارد سال سن دارد. بنابراین بیشترین فاصلهای که ما از آن نور دریافت میکنیم، از 13.8میلیارد سال نوری دورتر از زمین است. بخش دوم پاسخ هم به این برمیگردد که ستارهها عمر بی نهایت ندارند. آنها بعد از مدتی خاموش میشوند و زندگیشان به پایان میرسد. ترکیب این دو دلیل باعث میشود ما هیچ وقت نتوانیم نور ستارههای دور و نزدیک را همزمان در همه جهات ببینیم. پاسخ «پارادوکس اولبرس» که فقط به یک سوال جواب نداد! در مسیر یافتن پاسخ «پارادوکس اولبرس»، محققان به پاسخ سوالهای مهم دیگری هم رسیدند سال 1920 زمان پردهبرداری از یک راز بزرگ فرا رسید! ادوین هابل کیهانشناس معروف در رصدخانه مونت ویلسون اولین شواهد حاکی از انبساط جهان را مشاهده کرد. تلاش برای جواب دادن به پارادوکس اولبرس سوال تازهای ایجاد کرده بود و حالا این پرسش هم داشت به پاسخ خود میرسید؛ جهان ثابت و ایستا بود یا در حال تغییر؟ این مشاهدات نشان میداد که هرچه یک کهکشان در فاصلهای دورتر از ما واقع شده باشد، صرفنظر از موقعیت آن در آسمان، با سرعتی بیشتر از ما دور میشود همانطور که آلن پو شاعر و نویسنده آمریکایی حدس زده بود و درست همانطور که لرد کلوین فیزیکدان بزرگ محاسبه کرده بود جهانی که در آن زندگی میکنیم ایستا و بدون تغییر نیست بلکه هر لحظه در حال بزرگ شدن و انبساط است. سوالی ساده که ما را وادار به شناخت بهتر جهان کرد پرسشی که اولبرس طرح کرد سوالهای زیادی به دنبال خود میآورد، جهان محدوده مشخصی دارد یا بینهایت است؟ ایستا و بدون تغییر است یا پویاست و دچار انقباض یا انبساط میشود؟ چند سال از عمرش میگذرد؟ دورترین نورهایی که به ما میرسد مربوط به چه ستارههایی است؟ کنجکاوی به ظاهر ساده و کودکانهای که در پرسش اولبرس نهفته بود آرام آرام درهای تازهای را به روی نادانستههای بشر باز میکرد. صورت قضیه این طور بود که کودکی در کنار دریا نشسته و با صدفها بازی میکند اما واقعیتی که در ادامه اتفاق افتاد شبیه این بود که آن کودک به همراه دوستانش سوار قایقی شود و خودش را به دل امواج خروشان دریا بسپارد تا ببیند در آن سوی آبها چه خبر است. پرسشهای مختلفی که به دنبال چرایی تاریکی فضا آمدند نیاز به جواب داشتند و محققان را به این فکر انداختند تا جهان را دقیقتر و بهتر ببینند. تلسکوپ فضایی هابل یکی از ماموریتهای مهمی بود که برای شناخت بهتر جهان و ثبت تصویر از دورترین نقاط فضا برنامهریزی و به خارج از جو زمین ارسال شد. در سال ۲۰۰۴، انتشار عکس حیرتآوری که هابل تهیه کرده بود، سرخط اخبار روز دنیا را به خود اختصاص داد؛ تهیه عکسی از دورترین نقاط جهان، جایی حدود 13 میلیارد سال نوری دورتر از زمین ما. این تلسکوپ، برای جمعآوری تابش فوقالعاده ضعیف از دورترین گوشه جهان، باید عملیاتی بیسابقه را انجام میداد که در نهایت با موفقیت انجام شد. سیاهی که آسمان را پر کرده است چه چیزی در ورای دورترین کهکشانها وجود دارد؟ با دقت در عکس گرفته شده توسط هابل، چیزی که به وضوح دیده میشود این است که بین کهکشانها را تنها تاریکی پر کرده است. این سیاهی، همان چیزی است که باعث میشود آسمان شب سیاه به نظر برسد. به عبارت دیگر، همان نقطه نهایی، برای رسیدن نور ستارگان دوردست به ماست. حالا باید برای یافتن سوالهای تازهای برنامهریزی میشد. بعد از ماموریتهای پی در پی و ارسال کاوشگرهای فضایی مختلف برای پیدا کردن امواج مرموزی که از تمام نقاط آسمان دریافت میشدند ، دانشمندان با پروژه فضاپیمای WMAPبه جواب اصلی رسیدند! این فضاپیما توانست تابش ناشی از اولین لحظات شکلگیری عالم را ثبت کند و مشخص شد فضا پر است از این امواج که به «تابش زمینه کیهانی» معروف است. با استفاده از این اطلاعات ستارهشناسها توانستند سن عالم را با دقت بهتری اندازهگیری کنند و درباره نحوه پیدایش جهان به درک بهتری برسند. امروز میدانیم اگر چشمان ما به گونهای میتوانست تابش پسزمینه را مشاهده کند و نه فقط نور مرئی را، ما تابش ناشی از لحظات اولیه شکل گیری عالم را میدیدیم. تابشی که تمام آسمان شب را پر کرده است و اطلاعات فراوانی درباره پیدایش عالم برایمان به ارمغان میآورد. منابع این پرونده: scientificamerican.com، universeadventure.org، کتاب جهانهای موازی نوشته میچیو کاکو
سایر اخبار این روزنامه
گزارش هولناک از صنعت خودرو
تمدید ثبتنام با استقبال سرد از صندوق پر سرو صدای دولتی
عواقب وخیم پشت کنکور ماندن هیتلر!
مشهد دوباره در وضعیت قرمز
دیپلماسی موسیقایی شاه عباس و پیشگویی دوئل مدیری-فراستی!
نوید اجتماعی سازی روز قدس
42 ثانیه مرگبار
چرا آسمان شب با این همه ستاره تاریک است؟
نقشه راه مدیران جدید آستان قدس
دفاع پایانی رئیس با انتقاد از ورژن جدید «بگم بگم»
نخستین فاجعه جمعیتی کشور
نابودی اسرائیل اتفاق می افتد