پاسخ کیهان‌شناسی مدرن به معمای پایان فضا
کیهان‌شناسان با بررسی شواهد رصدی نشان می‌دهند جهان هستی فاقد هرگونه لبه فیزیکی یا مرز ملموس است۱
فرارو- پرسش درباره‌ی انتهای فضا و چیستی ورای آن یکی از دیرینه‌ترین رازهای بشری است؛ معمایی کیهانی که پاسخ به آن نیازمند تمایز میان افق قابل مشاهده و ساختار کل جهان است.
به گزارش فرارو به نقل از بی‌بی‌سی، یکی از گیج‌کننده‌ترین پرسش‌ها در قلمرو کیهان‌شناسی این است که آیا جهان ما لبه دارد؟ و آیا چنین سؤالی از دیدگاه فیزیک اصلاً معنادار است؟ فرض کنید با یک فضاپیمای خیالی که سرعتی فراتر از نور دارد، سفری بی‌پایان را در اعماق فضا آغاز کنید؛ آیا سرانجام به دیواری نفوذناپذیر یا خطی مرزی خواهید رسید که پیشروی بیشتر را ناممکن سازد؟ ابعاد واقعی این عالم چقدر است و اگر مرزی در کار باشد، چه چیزی در ورای آن پنهان شده است؟
تجسم این مفاهیم بسیار دشوار و دور از ذهن است. از سوی دیگر، تصور جهانی کاملاً بی‌نهایت نیز به همان اندازه برای مغز انسان شگفت‌آور و سنگین خواهد بود؛ چرا که این تفکر رایج شکل می‌گیرد که اگر فضا در حال انبساط است، پس باید در درون بستری بزرگ‌تر و فضایی خارجی گسترش یابد.
لبه ظاهری کیهان و مفهوم افق کیهانی
برای درک این معما، بهتر است از مفهومی ملموس‌تر یعنی مرز ظاهری جهان یا اصطلاحاً «افق کیهانی» آغاز کنیم. نور تابیده شده پس از مهبانگ نزدیک به ۱۳.۸ میلیارد سال در فضا سفر کرده است؛ یعنی ما کیهان را تنها تا فاصله‌ای می‌بینیم که نور فرصت پیمودن آن را داشته است. به دلیل انبساط مداوم خود فضا، این فاصله هم‌حرکت در حال حاضر به حدود ۴۵ میلیارد سال نوری افزایش یافته است. هر پدیده‌ای فراتر از این محدوده، برای ابزارهای رصدی ما نامرئی است؛ زیرا از زمان پیدایش کائنات، زمان کافی نگذشته تا نور مناطق دوردست‌تر به تلسکوپ‌های زمینی و فضایی برسد.
اما درست مانند افقی که دریانوردان بر فراز اقیانوس‌ها می‌بینند، این افق کیهانی نیز یک مرز واقعی یا دیوار فیزیکی نیست. همان‌گونه که آب‌های اقیانوس فراتر از خط افق دید دریانورد ادامه دارند، بافت فضا نیز بسیار فراتر از کیهان قابل مشاهده ما گسترش یافته است. هیچ دلیل علمی وجود ندارد که مانع حضور میلیاردها کهکشان در این فاصله‌های بسیار دور شود. آن‌ها تنها برای ما نامرئی هستند، صرف‌نظر از اینکه تلسکوپ‌های ما تا چه اندازه پیشرفته باشند. با این حال، آگاهی از تداوم جهان فراتر از شعاع ۴۵ میلیارد سال نوری، هنوز به ما نمی‌گوید که آیا کیهان محدود یا نامحدود است.
هندسه فضا و احتمال کرانمندی بدون مرز یک نکته قطعی است: کیهان هیچ لبه فیزیکی ندارد؛ هیچ دیوار یا حصاری در حاشیه فضا نیست. اما این گزاره لزوماً به معنای نامتناهی بودن جهان نیست. بر اساس نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین، ممکن است در جهانی کرانمند و متناهی زندگی کنیم، مشروط بر آنکه فضای سه‌بعدی خالی به شکلی ویژه دارای انحنای هندسی باشد.
اگر کیهان دارای انحنای مثبت باشد، شبیه پوسته یک توپ خواهد بود، اما به جای سطحی دوبعدی، فضایی سه‌بعدی است. چنین جهانی متناهی است؛ یعنی برای رنگ‌آمیزی آن به رنگی محدود نیاز دارید، اما روی سطح آن هیچ لبه یا مرزی نمی‌یابید. در نقطه مقابل، جهانی با انحنای منفی همانند یک زین اسب یا چیپس خواهد بود که در دو جهت مخالف انحنا دارد، در حالی که جهانی بدون انحنا به یک صفحه کاغذ تخت شبیه است. هر دوی این مدل‌ها به صورت نامحدود و تا بی‌نهایت امتداد می‌یابند.
جهان تخت و گستره بی‌نهایت فضا کیهان‌شناسان در دهه‌های گذشته تلاش زیادی برای سنجش انحنای فضا انجام داده‌اند و تازه‌ترین داده‌ها نشان می‌دهند ما در جهانی تخت زندگی می‌کنیم. این نتیجه کار را ساده‌تر می‌سازد، چرا که تجسم انحنا برای ذهن دشوار است. با این حال، نتیجه تکان‌دهنده چنین کشفی آن است که جهان ما بی‌نهایت بزرگ است و آنچه ما به عنوان کیهان قابل مشاهده در درون افق کیهانی می‌بینیم، تنها کسری بی‌نهایت کوچک از یک کل توصیف‌ناپذیر است.
اگر این پرسش برایتان مطرح است که چگونه یک جهان بی‌نهایت می‌تواند منبسط شود، تمثیل صفحه شطرنجی را در نظر بگیرید. اگر خانه‌های یک صفحه شطرنجی بزرگ شوند، نتیجه می‌گیرید که کاغذ منبسط می‌شود، حتی اگر آن کاغذ تا بی‌نهایت ادامه یابد. در مورد کیهان نیز انبساط به معنای افزایش فاصله میان اجزاست؛ زیرا حاصل‌ضرب عدد بی‌نهایت در دو، کماکان بی‌نهایت است.