همه ما فکر می‌کنیم که می‌دانیم معنی «فضا» چیست. در جمله‌های مختلفی از فضا یاد می‌کنیم، مثلاً می‌گوئیم: «آن گوشه یک فضای خالی هست»  یا «فضای خالی برای تکان خوردن نیست» ویا «فضا آخرین سنگر انسان است». هنگامی که ما مجبوریم به معنی فضا فکر کنیم، صرفاً آن را به معنی جایی برای قرار دادن اشیاء می‌انگاریم. چیزی که همه در آن باهم توافق داریم این ‌است که فضا به خودی خود چیزی نیست. ولی دراینصورت، آیا فضا می‌تواند بدون آنکه حاوی چیزی باشد وجود داشته باشد؟ یک جعبه خالی را درنظر بگیرید. حتی اگر ما تمام ملکولهای هوا را از داخل آن تخلیه کنیم، بصورتیکه واقعاً چیزی در آن نباشد، از اینکه می‌بینیم مفهوم فضا  هنوز هم وجود دارد خرسند خواهیم بود. فضا در اینجا تنها به حجم جعبه دلالت دارد.

درصورتیکه فضا مرزی نداشته باشد تصور کردن آن مشکل است. ما فکر می‌کنیم که فضای داخل جعبه فقط به واسطه وجود خود جعبه وجود دارد. اگر ما دیواره‌های جعبه (درحقیقت مرز‌های آن) را برداریم آنگاه چه می‌شود؟ آیا هنوز هم فضایی وجود دارد؟ البته که وجود دارد، ولی حالا این فضا بخشی از یک ناحیه بزرگتر، مثلاً اطاقی که ما در آن هستیم، می‌شود. بیاید باهم چیز عجیبتری را بررسی کنیم:  اساساً جهان هستی ما متشکل از یک فضای بسیار بزرگ است (و حتی ممکن است بی‌نهایت باشد) که حاوی حجم عظیمی از ماده است (کهکشان‌ها، ستارگان، سحابی‌ها، سیارات و غیره). اگر این جهان بکلی خالی از ماده بود چطور؟ آیا هنوز هم فضایی وجود داشت؟ جواب مثبت است، زیرا وجود فضا نیازی به وجود ماده در درون خود ندارد. در اینجا صحبت ما می‌تواند خیلی ساده به سوی یک موضوع بسیار فنی و دشوار (که هنوزهم بر سر آن بحث زیادی است) موسوم به اصل ماخ سوق داده شود - و چون در اینجا گرداننده بحث خودم هستم و بخوبی می‌دانم که چه چیزی را می‌خواهم مطرح کنم پس با هم به این سمت پیش می‌رویم.   این اصل می‌گوید که فضا، یا حداقل فاصله‌ها و جهت‌های موجود در آن، درصورتیکه ماده‌ای در آن وجود نداشته باشد بی‌معنی می‌شود. بعلاوه، آینشتین در تئوری نسبیت خود نشان داد که فضا هم، مانند زمان، چیزیست نسبی. ولی من فعلاً نمی‌خواهم در این‌مرحله آغازی از کتاب وارد این مباحث پیچیده شوم و فرض را براین می‌گیریم که اگرچه فضا خود یک شئ نیست، ولی با این وجود باید یک چیزی باشد!

ولی اگر فضا یک شئ قابل لمس نیست، آیا ما می‌توانیم در برابر آن کنشی داشته باشیم؟ آیا ماده بر روی آن تاثیر دارد؟ این مسئله روشن شده که حقیقتاً ماده می‌تواند برروی فضا تاثیر داشته باشد؛ ماده می‌تواند فضا را خم کند!

در فصل بعدی من از شما خواهم خواست تا یک فضای سه-بعدی خمیده را مجسم کنید[1]. شما پیش خود فکر خواهید کرد که اینکار ساده‌ای است و مثلاً شما می‌توانید به‌آسانی این کتاب را خم کنید. ولی اینکار به این ساد‌گی هم نیست. چون منظور من این نیست که یک شئ سه-بعدی را در یک فضای سه-بعدی خم کنید، بلکه منظور من خم کردن خود آن فضای سه-بعدی است که این شئ در آن قرار دارد.

در مورد انحناء خط یک-بعدی که حرف «S» را تشکیل می‌دهد فکر کنید. ما به یک ورقه کاغذ دو- بعدی برای نوشتن «S» بر روی آن نیاز داریم. در اینجا ما می‌گوییم  شکلی یک-بعدی در فضایی با ابعاد بیشتر محصور شده است. بطور مشابه، اگر ما بخواهیم خمیدگی یک ورقه کاغذ (فضای دو-بعدی) را مجسم کنیم نیاز به یک فضای سه-بعدی داریم. مشخص است که برای درک خمیدگی یک فضای سه-بعدی ما نیاز به فضای چهار- بعدی داریم که بتوانیم خمیدگی را در آن انجام دهیم.

اگر شما هنوز یک جسم خم‌شده در فضا را، با فضای خم شده اشتباه می‌کنید، پس برای روشن شدن  مطلب، مثالی را در فضای دو-بعدی برای شما می‌آورم. مربعی را فرض کنید که روی یک تکه کاغذ کشیده شده است (شکل 1.2a). این مربع می‌تواند در درون این فضای دو بعدی (یعنی کاغذ) خم شود و شکل متفاونی را بوجود آورد. برای مثال تصور کنید که دو گوشه روبروی هم را بکشیم تا یک لوزی حاصل شود (شکل 1.2b) یا اینکه خطوط را بصورت منحنی بکشیم (شکل 1.2c). همه اینها بکلی متفاوت است با اینکه ما خود کاغذ را خم کنیم (شکل 1.2d). گرچه ما مانند دو شکل قبل آن را بصورت دیگری ترسیم نکرده‌ایم، و تنها فضایی را که مربع درآن جای دارد خم کرده‌ایم، در این حالت حتی از نظر ما نیز مربع خمیده بنظر می‌رسد.

1 – سیاه چاله ها

سیاه چاله‌ها را باید آخرین دام‌های کیهانی خطاب کرد. این پدیده‌ها زمانی شکل می‌گیرند که یک ستاره سالخورده منفجر شده و از هم می‌پاشد و این پاشش از درون، منجر به ایجاد حفره ای با گرانشی بسیار بالا می‌شود؛ گرانشی که حتی نور اطراف را نیز به درون خود می‌مکد.

این به معنای آن است که هرچند می‌توانیم توضیحی برای نحوه عمل یک سیاه چاله داشته باشیم، تاکنون و هرگز یک سیاه چاله در شکل واقعی خود رصد نشده است، زیرا این پدیده‌ها از چشم تلسکوپ‌های فعلی که از نور، اشعه ایکس یا تشعشعات الکترو مغناطیس استفاده می‌کنند، پنهان می‌مانند. ما تنها می‌توانیم در مورد شکل و شمایل سیاه چاله‌ها حدس و گمان داشته باشیم.

2– فضای خالی غول پیکر

بر خلاف سیاه چاله فضای خالی غول پیکر یا Giant Void یک سوراخ یا چاله در دل فضا نیست. بلکه فضایی تهی و عاری از ماده و یا ماده سیاه است. البته به لحاظ ماهیت نیز با سیاه چاله فرق دارد و نور قادر به عبور از دل آن است. در نتیجه دانشمندان بر این باور هستند که فضای تهی غول پیکر شامل پدیده‌ای به نام انرژی سیاه است. همچنین این پدیده نه تنها یک فضای خالی در دل کیهان است، بلکه به شدت وسعت نیز دارد و قطر آن به شکل تخمینی برابر با 1.3 میلیارد سال نوری است.
 

3 – ماده سیاه

ماده سیاه خود هنوز برای دانشمندان یک معماست؛ اما به شکلی جالب توجه از این معما برای پاسخ به برخی پدیده‌های نا‌مشخص در کیهان استفاده می‌شود. کیهان‌شناسان بر این باور هستند که حدود 27 درصد از کل کیهان را ماده سیاه تشکیل می‌دهد. در واقع ما بیشتر از این موضوع که ماده سیاه چه چیز نیست، اطمینان داریم تا آنکه بدانیم ماده سیاه دقیقا چیست. این پدید از سیاه چاله‌ها درست نشده، اما یک نظریه می‌گوید که این ماده سیاه ناشی شده از سیاه چاله‌های نخستین یا اولیه یا باستانی در کیهان است.

4 – انرژی سیاه

علاوه بر 27 درصد کل کیهان، که به عقیده دانشمندان تشکیل شده از ماده سیاه است، حجم زیادی نیز به شکل انرژی سیاه وجود دارد که تقریبا 68 درصد از هر آنچه پیرامون ماست، تشکیل داده است. جالب آنکه بدانید مواد معمولی که ما می‌شناسیم و از آن‌ها استفاده می‌کنیم، 5 درصد کل مواد درون کیهان است!

دقیقا همانند ماده سیاه، در مورد انرژی سیاه نیز چیز زیادی نمی‌دانیم؛ اما نظریات جدید بر این باور هستند که این انرژی سیاه‌‌ همان عامل اساسی توسعه و گسترش رو به تزاید جهان و کیهان است (در حالی که ماده سیاه مانعی بر سر این گسترش است).

بیشتر اطلاعات ما در مورد ماده سیاه و انرژی سیاه از موضوعی به نام Cosmic Microwave Background ناشی شده که لحظه‌ای از تشعشعات حرارتی است که خیلی زود (380 هزار سال) بعد از انفجار بزرگ یا بیگ بنگ و در زمانی که اتم‌های هیدروژن برای اولین بار شکل گرفته‌اند، است.

5 – جذاب بزرگ!

در فاصله 220 میلیون سال نوری از ما، یک پدیده بزرگ جذاب یا مجذوب کننده بزرگ وجود دارد که تمام کهکشان ما را با سرعتی برابر با 1.4 میلیون مایل به سمت خود می‌کشد! از زمان وقوع بیگ بنگ تمام کیهان رو به توسعه و گسترش است. در نتیجه منطقی است که کهکشان ما نیز در حال حرکت باشد؛ اما نه در جهتی که اکنون در پیش دارد!

آنچه در تصویر زیر می‌بینید، مربوط به همین ناهنجاری گرانشی به نام جذاب بزرگ (مجذوب کننده بزرگ) یا Great Attractor است و روشنایی زیاد آن ناشی از جاذبه گرانشی بسیار بالای آن است.

برخی دانشمندان ماده سیاه را عاملی برای این پدیده می‌دانند. دیگران ادعا می‌کنند که کهکشان ما یعنی کهکشان راه شیری، مانع از دیدن دقیق آنچه ما را با سرعتی برابر با 1.4 میلیون مایل به سمت خود می‌کشد، شده است.

6 – قمر اسرار آمیز زحل: «پگی – Peggy»

اگر تا پیش از این نمی‌دانستید، شاید برای شما جالب باشد که بدانید سیاره زحل، یک قمر اسرارآمیز به نام پگی دارد. پیش از این، در سال 2013 تلسکوپ «کاسینی» ناسا تصویر زیرا را از حلقه‌های دور زحل به ثبت رساند و وجود یک مانع را در این حلقه‌ها نشان داد که به باور دانشمندان، قمر جدید و کوچکی در حال شکل گیری است. این کشف کلیدی برای حل چگونگی تشکیل 67 قمر دیگر زحل به دست داد؛ اما نکته جالب در مورد پگی این است که به تازگی ناسا در یک مقاله عنوان کرده است که این قمر نه تنها دیگر در حال رشد نیست، بلکه در حال از هم پاشیدن است و به این ترتیب پگی به یک معما و راز برای دانشمندان تبدیل شده و وضعیت فعلی آن برای ما مشخص نیست.

7 – ستاره حریر موج دار - KIC 8462852

ستاره‌ای که با نام KIC 8462852 شناخته می‌شود، نه تنها یک نام عجیب و غریب دارد، بلکه یک پدید خلاف قاعده است که در فاصله 1500 سال نوری از ماست. پدید بزرگی بر سر راه این ستاره ـ که با نام ستاره حریر موج دار نیز شناخته می‌شود ـ قرار دارد که مانع آن می شود که حدود 20 درصد از نوری که ستاره ساطع می‌کند، در زاویه دید ما قرار بگیرد و به احتمال زیاد، این مانع یک سیاره نیست؛ حتی یک سیاره به بزرگی مشتری، تنها می‌تواند یک درصد از نور ستاره را از ما بدزدد!

برخی بر این عقیده هستند که این مانع یک گونه از Dyson Swarm یا دسته دایسونی است که نسخه‌ای تکامل نیافته از اَبَرساختارهایی به نام سپهر دایسونی یا Dyson Sphere هستند؛ پدیده‌هایی که یک ستاره را احاطه کرده و انرژی خارج شده از آن را استفاده می‌کنند. وقتی ناسا در سال 2018 تلسکوپ جدید «جیمز وب» را روانه فضا کند، احتمالا می‌توانیم پاسخ بهتری در مورد اینکه چه بر سر این ستاره می‌آید داشته باشیم. اما تا آن زمان باید به این توضیح تقریبا تخیلی بسنده کنیم!

1 – سیاه چاله ها

سیاه چاله‌ها را باید آخرین دام‌های کیهانی خطاب کرد. این پدیده‌ها زمانی شکل می‌گیرند که یک ستاره سالخورده منفجر شده و از هم می‌پاشد و این پاشش از درون، منجر به ایجاد حفره ای با گرانشی بسیار بالا می‌شود؛ گرانشی که حتی نور اطراف را نیز به درون خود می‌مکد.

این به معنای آن است که هرچند می‌توانیم توضیحی برای نحوه عمل یک سیاه چاله داشته باشیم، تاکنون و هرگز یک سیاه چاله در شکل واقعی خود رصد نشده است، زیرا این پدیده‌ها از چشم تلسکوپ‌های فعلی که از نور، اشعه ایکس یا تشعشعات الکترو مغناطیس استفاده می‌کنند، پنهان می‌مانند. ما تنها می‌توانیم در مورد شکل و شمایل سیاه چاله‌ها حدس و گمان داشته باشیم.

2– فضای خالی غول پیکر

بر خلاف سیاه چاله فضای خالی غول پیکر یا Giant Void یک سوراخ یا چاله در دل فضا نیست. بلکه فضایی تهی و عاری از ماده و یا ماده سیاه است. البته به لحاظ ماهیت نیز با سیاه چاله فرق دارد و نور قادر به عبور از دل آن است. در نتیجه دانشمندان بر این باور هستند که فضای تهی غول پیکر شامل پدیده‌ای به نام انرژی سیاه است. همچنین این پدیده نه تنها یک فضای خالی در دل کیهان است، بلکه به شدت وسعت نیز دارد و قطر آن به شکل تخمینی برابر با 1.3 میلیارد سال نوری است.
 

3 – ماده سیاه

ماده سیاه خود هنوز برای دانشمندان یک معماست؛ اما به شکلی جالب توجه از این معما برای پاسخ به برخی پدیده‌های نا‌مشخص در کیهان استفاده می‌شود. کیهان‌شناسان بر این باور هستند که حدود 27 درصد از کل کیهان را ماده سیاه تشکیل می‌دهد. در واقع ما بیشتر از این موضوع که ماده سیاه چه چیز نیست، اطمینان داریم تا آنکه بدانیم ماده سیاه دقیقا چیست. این پدید از سیاه چاله‌ها درست نشده، اما یک نظریه می‌گوید که این ماده سیاه ناشی شده از سیاه چاله‌های نخستین یا اولیه یا باستانی در کیهان است.

4 – انرژی سیاه

علاوه بر 27 درصد کل کیهان، که به عقیده دانشمندان تشکیل شده از ماده سیاه است، حجم زیادی نیز به شکل انرژی سیاه وجود دارد که تقریبا 68 درصد از هر آنچه پیرامون ماست، تشکیل داده است. جالب آنکه بدانید مواد معمولی که ما می‌شناسیم و از آن‌ها استفاده می‌کنیم، 5 درصد کل مواد درون کیهان است!

دقیقا همانند ماده سیاه، در مورد انرژی سیاه نیز چیز زیادی نمی‌دانیم؛ اما نظریات جدید بر این باور هستند که این انرژی سیاه‌‌ همان عامل اساسی توسعه و گسترش رو به تزاید جهان و کیهان است (در حالی که ماده سیاه مانعی بر سر این گسترش است).

بیشتر اطلاعات ما در مورد ماده سیاه و انرژی سیاه از موضوعی به نام Cosmic Microwave Background ناشی شده که لحظه‌ای از تشعشعات حرارتی است که خیلی زود (380 هزار سال) بعد از انفجار بزرگ یا بیگ بنگ و در زمانی که اتم‌های هیدروژن برای اولین بار شکل گرفته‌اند، است.

5 – جذاب بزرگ!

در فاصله 220 میلیون سال نوری از ما، یک پدیده بزرگ جذاب یا مجذوب کننده بزرگ وجود دارد که تمام کهکشان ما را با سرعتی برابر با 1.4 میلیون مایل به سمت خود می‌کشد! از زمان وقوع بیگ بنگ تمام کیهان رو به توسعه و گسترش است. در نتیجه منطقی است که کهکشان ما نیز در حال حرکت باشد؛ اما نه در جهتی که اکنون در پیش دارد!

آنچه در تصویر زیر می‌بینید، مربوط به همین ناهنجاری گرانشی به نام جذاب بزرگ (مجذوب کننده بزرگ) یا Great Attractor است و روشنایی زیاد آن ناشی از جاذبه گرانشی بسیار بالای آن است.

برخی دانشمندان ماده سیاه را عاملی برای این پدیده می‌دانند. دیگران ادعا می‌کنند که کهکشان ما یعنی کهکشان راه شیری، مانع از دیدن دقیق آنچه ما را با سرعتی برابر با 1.4 میلیون مایل به سمت خود می‌کشد، شده است.

6 – قمر اسرار آمیز زحل: «پگی – Peggy»

اگر تا پیش از این نمی‌دانستید، شاید برای شما جالب باشد که بدانید سیاره زحل، یک قمر اسرارآمیز به نام پگی دارد. پیش از این، در سال 2013 تلسکوپ «کاسینی» ناسا تصویر زیرا را از حلقه‌های دور زحل به ثبت رساند و وجود یک مانع را در این حلقه‌ها نشان داد که به باور دانشمندان، قمر جدید و کوچکی در حال شکل گیری است. این کشف کلیدی برای حل چگونگی تشکیل 67 قمر دیگر زحل به دست داد؛ اما نکته جالب در مورد پگی این است که به تازگی ناسا در یک مقاله عنوان کرده است که این قمر نه تنها دیگر در حال رشد نیست، بلکه در حال از هم پاشیدن است و به این ترتیب پگی به یک معما و راز برای دانشمندان تبدیل شده و وضعیت فعلی آن برای ما مشخص نیست.

7 – ستاره حریر موج دار - KIC 8462852

ستاره‌ای که با نام KIC 8462852 شناخته می‌شود، نه تنها یک نام عجیب و غریب دارد، بلکه یک پدید خلاف قاعده است که در فاصله 1500 سال نوری از ماست. پدید بزرگی بر سر راه این ستاره ـ که با نام ستاره حریر موج دار نیز شناخته می‌شود ـ قرار دارد که مانع آن می شود که حدود 20 درصد از نوری که ستاره ساطع می‌کند، در زاویه دید ما قرار بگیرد و به احتمال زیاد، این مانع یک سیاره نیست؛ حتی یک سیاره به بزرگی مشتری، تنها می‌تواند یک درصد از نور ستاره را از ما بدزدد!

برخی بر این عقیده هستند که این مانع یک گونه از Dyson Swarm یا دسته دایسونی است که نسخه‌ای تکامل نیافته از اَبَرساختارهایی به نام سپهر دایسونی یا Dyson Sphere هستند؛ پدیده‌هایی که یک ستاره را احاطه کرده و انرژی خارج شده از آن را استفاده می‌کنند. وقتی ناسا در سال 2018 تلسکوپ جدید «جیمز وب» را روانه فضا کند، احتمالا می‌توانیم پاسخ بهتری در مورد اینکه چه بر سر این ستاره می‌آید داشته باشیم. اما تا آن زمان باید به این توضیح تقریبا تخیلی بسنده کنیم!