جهان موازی چیست؟ | هر آنچه باید بدانید

باور اینکه ما در عالم تنها نیستیم و چیزی شبیه به ما و در مقیاس ما در عالم وجود دارد که انتخاب‌های دیگر ما را زندگی‌ می‌کند هیجان‌ انگیز است و مسلماً این هیجان زمانی بیشتر می‌شود که بدانیم ایده جهان موازی تنها در تخیل ما نیست و علم نیز به دنبال اثبات و طرح نظریه‌هایی در این مورد است. در این مطلب از مجله فرادرس در مورد جهان موازی صحبت خواهیم کرد و نظریه‌ها و محاسبات علمی در رد یا تایید این نظریه و همچنین باورهای اشتباه مربوط به این موضوع که در جامعه رواج  دارد را بررسی خواهیم کرد.

جهان موازی چیست؟

صحبت در مورد جهان موازی را می‌توان با این سوال آغاز کرد که آیا جهان ما واحد است و چیزی شبیه به آن وجود ندارد؟ از داستان تا واقعیت علمی مفهومی وجود دارد که نشان می‌دهد علاوه بر جهان ما، جهان‌های دیگری نیز وجود دارند. جهان یا جایی که تمام انتخاب‌هایی که در این زندگی انجام داده‌اید در واقعیت‌های متفاوتی بازی می‌کنند. این مفهوم به عنوان «جهان موازی» (parallel universe) شناخته می‌شود و در نجوم و علم نیز مفهومی با معنی جهان چندتایی وجود دارد که با لغت multiverse معرفی می‌شود.

فیلم آموزش مبانی گرانش یا Gravitation در فرادرس

کلیک کنید

ایده جهان موازی یا جهان چندتایی در کتاب‌های طنز، بازی‌های ویدئویی، تلویزیون و فیلم‌ها نیز بسیار پرکاربرد است. کاربردهای مختلف این ایده را می‌توان در انیمیشن دیجی‌مون یا مجموعه پیشتازان فضا مشاهده کرد.

در واقع دلایل زیادی برای کشف و بررسی جهان موازی وجود دارد که مهم‌ترین‌اش این است که می‌توانیم درک کنیم عالمی که اکنون در آن هستیم و از آن صحبت می‌کنیم چگونه تشکیل شده است.

هر آنچه از کیهانِ در حدود 13٫7 میلیارد سال پیش می‌شناسیم یک تکینگی بینهایت کوچک است. در ریاضی نقطه‌ای تکینه است که آن نقطه به صورت ریاضی یا معین تعریف نشده یا رفتار خوبی نداشته باشد؛ به عنوان مثال نامحدود یا غیرقابل دیفرانسیل‌گیری باشد.

سپس طبق نظریه بیگ بنگ برخی از عوامل ناشناخته باعث گسترش و تورم این نقطه تکینه در فضای سه بعدی شده است. با سرد شدن انرژی عظیم این انبساط اولیه نور شروع به تابیدن کرده است و در نهایت ذرات کوچک شروع به تشکیل تکه‌های بزرگتری از ماده که امروز می‌شناسیم مانند کهکشان‌ها، ستاره‌ها و سیارات کرده‌اند.

یک سوال بزرگ در مورد تشکیل عالم با این نظریه این است که آیا ما تنها عالمی هستیم که به این صورت به وجود آمده است؟ با فناوری‌های فعلی که در اختیار داریم، ما به مشاهدات درون این جهان محدود می‌شویم زیرا جهان منحنی است و ما در داخل یک کمان هستیم و قادر به دیدن قسمت بیرونی آن نیستیم البته اگر قسمت بیرونی وجود داشته باشد.

بر اساس نظریه‌ها و بررسی‌های علمی پنج نظریه وجود دارد که نشان می‌دهد چرا و چگونه وجود جهان چندتایی امکان پذیر است، تکرار این نکته حائز اهمیت است که در مطالب و مقالات علمی از اصطلاح multiuniverse برای معرفی جهان‌های چندگانه استفاده می‌شود. در ادامه این مطلب این نظریه‌ها را معرفی و بررسی می‌کنیم.

نظرات علمی مختلف برای توضیح جهان چندگانه چه هستند؟

دانشمندان تاکنون جهان چندگانه را توسط پنج مفهوم متفاوت تعریف کرده‌اند که عبارت از عالم‌های بیکران، عالم‌های حباب‌دار، عالم‌های دختر، عالم‌های ریاضی و عالم‌های موازی هستند. در ادامه این پنج نظریه را به تفصیل بررسی و معرفی می‌کنیم.

عالم‌های بیکران

نظریه عالم بیکران یا Infinite Universe بیان می‌کند که فضا-زمان صاف است. در حقیقت ما نمی‌دانیم که شکل فضا-زمان دقیقاً چگونه است اما این نظریه بیان می‌کند که این عالم صاف است و برای همیشه ادامه دارد. این احتمال وجود بسیاری از عالم‌های دیگر را در خارج از این عالم فراهم می‌کند. اما با در نظر گرفتن این موضوع این امکان وجود دارد که جهان‌ها شروع به تکرار کنند. دلیل این امر این است که ذرات تنها از جهات و راستاهای خاصی قابل جمع شدن و تجمیع هستند.

عالم‌های حباب‌دار

نظریه دیگر برای جهان موازی از نظریه تورم ابتدایی عالم نشات می‌گیرد. بر اساس تحقیقات کیهان شناس دانشگاه تافتز «الكساندر ویلنكین» (Alexander Vilenkin)، با نگاه كردن به فضا-زمان به عنوان یک کل متوجه می‌شویم که بعضی از مناطق فضا مانند نقطه‌ای که در آن انفجار بزرگ رخ داده و عالم ما تشکیل شده است دچار توقف تورم شده‌اند. این در حالی است که سایر نقاط فضا متورم و بزرگتر می‌شوند. بنابراین اگر جهان خودمان را به عنوان یک حباب تصور کنیم این حباب در شبکه‌ای از فضاهای حباب مانند قرار گرفته است که برخی بیشتر و برخی کمتر متورم شده‌اند و نکته مهم برای این نظریه این است که در این نظریه قوانین فیزیکی در عالم‌های متفاوت بسیار متفاوت هستند و به گونه‌ای متفاوت شرح و بسط داده می‌شوند زیرا این عالم‌ها به هم پیوسته نیستند.

عالم‌های دختر

چندین جهان می‌توانند از تئوری و قوانین مکانیک کوانتوم (چگونگی رفتار ذرات زیراتمی)، به عنوان بخشی از تئوری ‌عالم‌های دختر پیروی کنند. اگر قوانین احتمال را در نظر بگیرید متوجه می‌شوید که برای هر نتیجه‌ای که می‌تواند ناشی از یکی از تصمیمات شما باشد طیف وسیعی از جهان‌ها وجود دارد که در هر یک از آن‌ها یک نتیجه از تصمیم شما وجود دارد. بنابراین در یک جهان ممکن است شما موقعیت شغلی در چین را قبول کنید و در یک جهان دیگر ممکن است آن را رد کنید و منتظر فرصت بهتری بمانید. هر دو نتیجه تصمیم شما در جهان‌های دختر در حال رویداد است.

عالم‌های ریاضی

یکی دیگر از راه‌های توضیح مفهوم جهان چندتایی یا multiuniverse کاوش در جهان ریاضی است که به زبان ساده توضیح می‌دهد که ساختار ریاضیات بسته به اینکه در کدام جهان زندگی می‌کنید ممکن است تغییر کند. «ماکس تگمارک» (Max Tegmark) از موسسه فناوری ماساچوست و توسعه دهنده نظریه عالم‌های ریاضی در یکی از مقاله‌هایش در سال ۲۰۱۲ بیان می‌کند که ساختار ریاضی چیزی است که شما می‌توانید آن را به روشی کاملاً مستقل از بار و بنه انسانی توصیف کنید. او همچنین بیان می‌کند که از نظر او این عالم‌ها وجود دارند و می‌توانند مستقل از موجودیت فرد باشند و می‌توانند حتی بدون وجود انسان‌ها نیز وجود داشته و بسط پیدا کنند.

عالم‌های موازی

آخرین نظریه مورد بحث در این مطلب در مورد جهان‌های چندتایی نظریه جهان ‌های موازی است. با تکرار این نظریه که فضا-زمان مسطح است به طور دقیق تعداد پیکربندی‌های ممکن ذرات در چندین جهان به $$10^{10^{122}}$$ امکان مجزا محدود می‌شود. بنابراین با تعداد بی نهایت تکه‌های کیهانی، آرایش ذرات درون آن‌ها باید تکرار شود. این موضوع بدان معنا است که بی نهایت جهان موازی وجود دارد. این جهان‌های موازی به معنای وجود تکه‌های کیهانی دقیقاً مشابه ما (شامل شخصی دقیقاً مانند شما)، تکه‌ها یا جهان‌هایی که فقط در موقعیت یک ذره با ما متفاوت هستند، تکه‌ها یا جهان‌هایی که در موقعیت دو ذره با ما متقاوت هستند تا تکه‌ها یا جهان‌هایی که کاملاً با ما متفاوت هستند، است.

مخالفان نظریه جهان موازی و دلایل آن‌ها

با این حال همه با نظریه جهان‌ های موازی موافق نیستند. مقاله‌ای در سال 2015 توسط «اتان سیگال» (Ethan Siegal) ارائه شد که در آن مقاله او این مفهوم را که فضا-زمان می‌تواند تا بی‌نهایت ادامه داشته باشد را تائید کرد اما از نظر او در این گسترش بی‌نهایت محدودیت‌هایی وجود دارد.

مشکل اصلی این است که جهان تقریباً کمتر از 14 میلیارد سال قدمت و عمر دارد. بنابراین مشخص است که جهان ما بی‌نهایت نیست و مقدار محدودی دارد. این موضوع تعداد امکان تنظیم مجدد ذرات را محدود می‌کند و متأسفانه این احتمال را که فرد جایگزین شما برای رفتن به چین و گرفتن موقعیت کاری در هواپیما قرار گیرد را کم می‌کند.

همچنین انبساط در آغاز جهان به صورت نمایی صورت گرفته زیرا انرژی ذاتی خود فضا بسیار زیاد بوده است. اما با گذشت زمان سرعت تورم به صورت آشکار کند شده است و ذرات ماده ایجاد شده در انفجار بزرگ به گسترش خود ادامه نداده‌اند. این بدان معنا است که سرعت تورم‌ مختلف سبب ایجاد عالم‌های متفاوت با بازه‌های مختلفی از تورم (بلندتر و کوتاهتر) می‌شود و احتمال ایجاد عالمی شبیه به عالم ما را کاهش می‌دهد.

از نظر این محقق حتی با فرض بر اینکه تعداد بی‌نهایت مقادیر ممکن برای ثابت‌های بنیادی، ذرات و فعل و انفعالات آن‌ها وجود داشته و ممکن باشد، و حتی کنار گذاشتن اینکه آیا عالم‌های مختلف، واقعیت فیزیکی را توضیح می‌دهند یا خیر، واقعیت این است که این ویژگی که ماده به صورت نمایی گسترش یابد سبب می‌شود احتمال وجود جهان موازی مشابه این جهان به شدت کاهش یابد.

اما سیگال به جای اینکه نبود جهان دیگر شبیه به جهان ما را محدودیت ببیند، به صورت فلسفی آن را تفسیر کرد و معتقد بود باید این تک و واحد بودن را جشن گرفت. از نظر او هیچ کس دیگری وجود ندارد که بتواند زندگی رویایی شما را زندگی کند و به این ترتیب باید تصمیماتی را پیش بگیرید که هیچ پشیمانی را برای خود در پی نداشته باشد.

مکانیک کوانتوم و نسبیت عام چه نقشی در جهان موازی دارند؟

در حقیقت این دو مبحث یعنی مکانیک کوانتوم و نسبیت عام در توضیح جهان موازی نقشی ندارند، اما نظریه‌ای که برای اتحاد این دو مبحث بیان شده یعنی نظریه ریسمان نقشی پر رنگ در موضوع جهان موازی ایفا می‌کند.

فیلم آموزش مکانیک کوانتومی 1 – جامع و با نکات کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

«برایان گرین» (Brian Green) نویسنده کتاب حقیقت پنهان معتقد است که کلید درک جهان موازی یا عالم های چندتایی از نظریه ریسمان، حوزه تحقیقاتی خودش که ۲۵ سال روی آن تحقیق و مطالعه کرده است ناشی می‌شود.

به طور خلاصه نظریه ریسمان تلاش می‌کند تا یک تعارض ریاضی بین دو ایده فیزیکی که از قبل در فیزیک پذیرفته شده‌اند را سازگار کند یعنی مکانیک کوانتوم و نظریه نسبیت.

بر اساس نظر گرین نظریه نسبیت اینشتین برای توضیح فیزیک رویدادهای بزرگ و از طرف دیگر مکانیک کوانتوم برای انتهای دیگر این بازه یعنی برای توضیح فیزیکی رویدادهای کوچک خارق العاده است. مشکل بزرگ این است که هر نظریه برای یک قلمرو عالی است اما وقتی با یکدیگر روبرو می‌شوند دشمن‌های جدی یکدیگر هستند و در این حالت ریاضیات از هم می‌پاشد.

نظریه ریسمان ناهماهنگی‌های ریاضی را که در حال حاضر بین مکانیک کوانتوم و نظریه نسبیت وجود دارد متعادل می‌کند. براساس این نظریه می توان‌ کل جهان را با رشته‌های واقعاً کوچکی که در 10 یا 11 بعد مرتعش می‌شوند (به معنای ابعادی که نمی‌توانیم ببینیم) توضیح داد. اگر این مفهوم وجود داشته باشد می‌تواند به معنای واقعی کلمه همه چیز در جهان را از ذرات زیر اتمی گرفته تا قوانین سرعت و گرانش را توضیح دهد. اما سوالی که مطرح می‌شود این است که چه ارتباطی بین نظریه ریسمان و جهان موازی یا عالم‌های چندتایی وجود دارد؟

در نظریه ریسمان چندین نتیجه وجود دارد که امکان وجود جهان موازی یا جهان‌های چندتایی را محتمل می‌کند. در این نظریه، ریسمان‌ها یا رشته‌ها که ما در مورد آن‌ها صحبت می‌کنیم تنها موجوداتی نیستند که در این نظریه وجود دارند بلکه اجسامی شبیه به پروانه یا غشا که سطح دو بعدی هستند نیز وجود دارند. بر اساس نظریه ریسمان ما ممکن است در یکی از این سطوح زندگی‌ کنیم و سطوح دیگر نیز می‌توانند در فضا شناور باشند.

از نظر گرین این نظریه و تئوری ممکن است در شتابدهنده‌های بزرگ هادرونی (LHC) در سرن سازمان اروپایی تحقیقات ذرات، قابل آزمایش و مشاهده باشد.

اما در آزمایش باید چه چیزی مشاهده کنیم تا تائیدکننده این نظریه باشد؟ اگر ما در یکی از این غشاهای غول پیکر زندگی می‌کنیم و غشاهای دیگری وجود دارند ممکن است مورد زیر اتفاق بیفتد:

وقتی ذرات با سرعت‌های نزدیک به سرعت نور در شتابدهنده سرن به هم برخورد می‌کنند، برخی از بقایای این برخوردها می‌توانند از غشا عالم ما خارج شده و به عالم دیگری وارد شوند. با توجه به اصل پایستگی ماده و انرژی در عالم ما اگر مقداری ماده از غشای ما خارج شوند و به غشای دیگر یا جهان موازی دیگری بروند مقدار ماده در این غشا کاهش می‌یابد و این بدین معنی است که مقدار انرژی بعد از برخورد باید کمتر از انرژی قبل از برخورد باشد. بنابراین اگر مقدار انرژی را قبل از برخورد پروتون‌ها اندازه بگیریم و آن را با مقدار انرژی درست پس از برخورد مقایسه کنیم، و این مقدار کمتر باشد نشان می‌دهد که برخی از ذرات به خارج از غشا حرکت کرده‌اند و تصویر ما از جهان موازی یا عالم‌های چندتایی درست است.

از نظر گرین اینکه بتوان به عالم از طریق ریاضیات نگاه کرد و یک نظریه را رد یا تائید کرد بسیار جالب است و گامی مهم در علم محسوب می‌شود. کتاب حقیقت پنهان گرین در سال ۲۰۱۱ چاپ شده است.

نظر استیون هاوکینگ در مورد جهان‌های موازی چیست؟

آخرین مقاله فیزیکدان معروف «استیون هاوکینگ» (Stephen Hawking) قبل از مرگ او نیز به مبحث عالم چندتایی یا جهان موازی پرداخته است. این مقاله در ماه می سال 2018 و تنها چند ماه پس از مرگ هاوکینگ منتشر شد. وی در مورد این نظریه در مصاحبه‌ای که در واشنگتن پست منتشر شد به دانشگاه کمبریج گفت: ما یک جهان منحصر به فرد نیستیم اما تعداد جهان‌های موازی بی‌نهایت نیست.

فیلم آموزش سیستم های کوانتومی درهم تنیده در فرادرس

کلیک کنید

از طرفی دانشمندان در سال ۲۰۰۹ نیز اعلام کرده‌اند که تعداد عالم‌های موازی حتی اگر بی نهایت باشد، یک فرد در طول عمرش نمی‌تواند بیش از $$10^{16}$$ بیت اطلاعات دریافت کند که این مقدار اطلاعات برابر با $$10^{10^{16}}$$ حالت است. یعنی برای یک فرد در طول عمر زندگی‌اش تعداد $$10^{10^{16}}$$ حالت متفاوت قابل تشخیص وجود دارد.

علاوه بر این آخرین مقاله هاوکینگ از روشی دیگر این موضوع را بررسی می‌کند. در این مقاله که بر اساس نظریه ریسمان بیان شده است عالم محدود است و بسیار ساده‌تر از نظرات رایجی که عالم را بر اساس انفجار بزرگ توضیح می‌دهند، آن را توضیح می‌دهد و تفسیر می‌کند.

نظریه معمول تورم ابدی پیش‌بینی می‌کند که به صورت کلی جهان ما مانند یک فراکتال (در ریاضیات فراکتال زیرمجموعه‌ای از فضای اقلیدسی است که دارای ابعادی فراکتال است و کاملاً از بعد توپولوژیک خود فراتر می‌رود) بی نهایت با تکه‌هایی از جهان‌های مختلف جیب مانند است که توسط یک اقیانوس در حال بادکردن جدا شده است.

در این مدل قوانین فیزیک و شیمی می‌تواند از یک جهان جیبی به جهان جیبی دیگر متفاوت باشد که با هم یک عالم چندگانه را تشکیل می‌دهند. اما هاوکینگ هرگز طرفدار عالم‌های چندگانه نبود زیرا اگر این مقیاس بی‌نهایت درست می‌بود قابل آزمایش شدن نیز نبود و این برای هاوکینگ قابل قبول نبود.

نظریه اخیر هاوکینگ و همکارش پروفسور هرتوگ که براساس مفهوم هولوگرافی از نظریه ریسمان است، بیان می‌کند که عالم بزرگ و یک هولوگرام پیچیده است که حقایق فیزیکی سه بعدی در فضا می‌تواند از نظر ریاضی به یک سطح دوبعدی کاهش یابد. همان طور که می‌دانید نظریه ریسمان شاخه‌ای از فیزیک نظری است که تلاش می‌کند تا گرانش و نسبیت عام را با فیزیک کوانتوم سازگار کند و این کار را تا حدی با توصیف ترکیبات اساسی جهان به عنوان رشته‌های کوچک ارتعاشی انجام می‌دهد. در این نظریه جدید، تورم ابدی به یک حالت بی‌زمان و بی‌انتها در یک سطح فضایی در ابتدای زمان کاهش می‌یابد و بر این اساس قوانین فیزیکی و ریاضی از عالمی به عالم دیگر متفاوت نیست و قوانین فیزیک در همه این جهان‌ها یکسان است.

جمع بندی

در این مطلب از مجله فرادرس در مورد جهان موازی یا multiverse صحبت کردیم. براساس نظرات مختلف علمی multiverse یا جهان‌های چندگانه را می‌توان به روش‌های مختلفی توضیح داد که عبارت از عالم‌های بیکران، عالم‌های حبابدار، عالم‌های دختر، عالم‌های ریاضی و عالم‌های موازی هستند. در حقیقت جهان موازی نیز یکی از روش‌های توضیح عالم‌های چندگانه است. همچنین توضیح دادیم که در مورد جهان‌های چندگانه نظریه‌پردازان و تئوریسین‌های مهمی صحبت کرده‌اند و حتی هاوکینگ نیز در ماه‌های پایانی عمرش در مورد عالم‌های چندگانه مقاله‌ای منتشر کرد که در این مطلب به اختصار آن را بررسی کردیم. به علاوه در مورد تئوری اصلی جهان‌های چندتایی که نظریه ریسمان است نیز سخن گفتیم.