انتشار این مقاله


ظهور بیگ بویل؛ چرا بیگ بنگ سِفر پیدایش نبوده است؟

به ما گفته شده که بزرگ بوده، ولی احتمالاً به طور غیرقابل تصوری کوچک بوده است. به ما درباره‌ی یک انفجار گفته‌اند، با این حال ظاهراً نه صدایی بوده و نه فضایی که چیزی بخواهد درون آن گسترش یابد.

به ما گفته شده که بزرگ بوده، ولی احتمالاً به طور غیرقابل تصوری کوچک بوده است. به ما درباره‌ی یک انفجار گفته‌اند، با این حال ظاهراً نه صدایی بوده و نه فضایی که چیزی بخواهد درون آن گسترش یابد. برخی‌ها فکر می‌کنند که چندین بار اتفاق افتاده، ولی حتی قطعی‌ترین مقاله‌ی آن نیز در تردید است.

با این که هر کس در مورد بیگ بنگ چیزی شنیده، ولی هیچ کس نمی‌تواند با قطعیت بگوید که بیگ بنگ شبیه چه چیزی بوده است. در کل، تعریف داستان آغاز زمان، نه فقط به کلمات درست، بلکه به فیزیک مناسب نیز نیاز دارد. و از آن زمان که بیگ بنگ وارد فرهنگ واژگان مردم شده است، فیزیک در تاریکی غم‌انگیزی سیر می‌کند.

ولی دیگر بس است. به لطف راه غیرمعمولی که در چند سال اخیر برای کاوش در تاریخ جهان به وجود آمده است، شاید فیزیک از این تاریکی درآید. در این دیدگاه، ذات و اساس فضا و زمان می‌تواند خارج از مرزهای کیهان وجود داشته باشد، ولی در یک وضعیت آشفته و پر هرج و مرج که قابل شناسایی برای ما نیست. بیگ بنگ یک آغاز سریع و خشن نیست. بیگ بنگ یک لحظه‌ی بنیادی برای انتقال است؛ چیزی متفاوت از آن چه ما تصور تاکنون تصور کرده‌ایم.

با اینکه به اشتباه همه چیز را به ادوین هابل، ستاره‌شناس آمریکایی نسبت می‌دهیم، نظریه‌ی اساسی بیگ بنگ به کشیش و ستاره‌شناس بلژیکی، ژرژ لومتر (Georges Lemaître) برمی‌گردد. او در اواخر دهه‌ی ۱۹۲۰ مشاهده کرد که جهان در حال گسترش است. لومتر از روی شواهد و قرائن یک “اتم آغازین” را تصور نمود که به هر چه که امروزه می‌بینیم گسترش یافته است.

این اتم آغازین چه بوده و از کجا آمده است؟ چنین سؤالاتی را نمی‌توان بدون آشفتگی مطرح کرد. معروف است که استیون هاوکینگ می‌گفت مطرح کردن این که قبل از بیگ بنگ چه چیزی بوده، مثل این می‌ماند که بگوئیم شمال‌تر از قطب شمال کجاست! چون خود زمان در آن لحظه به وجود آمده است، درخواست منشأ سابق بر آن، بی‌معنی است.

با این حال، این توجیه، فیزیک‌دانان را از جستجوهای انتقادی خود بازنداشت. لومتر خودش احتمال جهان ققنوسی را مطرح ساخت. این که گسترش جهان کند می‌شود، منقبض گشته و در نهایت به همان اتم آغازین تبدیل می‌گردد. پس از آن دوباره انبساط می‌یابد تا به حیات برگردد.

ورژن کامل‌تری از این ماجرای چرخه‌ای در اوایل قرن حاضر توسط پاول استینهارت از دانشگاه پرینستون و دیگران مطرح شد. در فرضیه‌ی اکپیروتیک آن‌ها (این واژه یونانی به معنای حریق بزرگ است)، یک ذره‌ی اولیه از جهان ما پا به بُعدی دیگر گذاشت و با تکه‌تکه شدن به جهان دیگری تنزل یافت. این اتفاق انرژی بی‌حسابی آزاد کرد و باعث رشد جهان شد.

چارچوب‌شکن به نظر می‌آید ولی بعضی از نظریات از این هم چارچوب‌شکن‌تر هستند. تورم را بگیرید، نظریه‌ای با پشتیبانی گسترده که توضیح می‌دهد چگونه اتم آغازین از بی‌نهایت کم رشد کرده است؛ یعنی قبل از این انبساط آرام که ما شاهدش هستیم. این رشد انفجاری با یک نوسان تصادفی در میدان کوانتومی تحریک و جاری شده است، و چیزی شبیه به این واقعه، در هر زمان و مکانی می‌تواند اتفاق بیافتد. این فقط به آن معنا نیست که جهان‌های دیگر می‌توانند به صورت نامرئی از جهان ما منشعب شوند، بلکه جهان ما می‌تواند شاخه‌ای از یک چندجهانی (multiverse) بی‌نهایت قدیمی باشد.

چه برخوردهای اکپیروتیک را قبول داشته باشید، چه تورم بی‌نهایت را، اقدام به شفاف‌سازی بیگ بنگ به عنوان لحظه‌ای که تا ابدیت تکرار می‌شود، هیچ کمکی به فهم جزئیات واقعه نخواهد کرد.

بیگ بنگ، زاده‌ی بهترین نظریه‌ی ما از گرانش است؛ نسبیت عام. در این نظریه فضا و زمان در مفهوم فضا-زمان یکی شده‌اند، بوم نامرئی نسبیت. ستارگان و سیارات شکل فضا-زمان را تغییر می‌دهند و این خمیدگی کشش گرانش را ایجاد می‌کند. ما از مشاهدات نجومی به این نتیجه رسیده‌ایم که فضا-زمان در حال انبساط است، و بر اساس نسبیت عام، فضا-زمان باید قبلاً بی‌نهایت ریز بوده باشند. نقطه‌ای بی‌نهایت متراکم که تکینگی (singularity) نام دارد.

این نظریه تا جایی که کارایی دارد بسیار تر و تمیز است. ولی در توصیف همه‌ی چیزهای فضا-زمان زیاد دوام نمی‌آورد؛ چیزهایی که تابع نظریه‌ی کوانتوم هستند. این موفق‌ترین نظریات با کوچک ولی محدود سروکار دارند: ذرات و تکه‌های انرژی. “محدود” لغت عملکردی در این جاست. نوار جهان کوانتوم را به طرف عقب بپیچید، خواهید دید که کهکشان‌ها روی خود فرومی‌‌افتند، ستاره‌ها به پیش از تولد خود برمی‌گردند، و اتم‌ها به هسته‌ها و الکترون‌های همراهشان تجزیه می‌شوند. وقتی فضا به معنای واقعی کلمه تنگ بوده، نشانه‌هایی می‌بینید مبنی بر این که همه‌ی نیروهای طبیعت، به جز گرانش، یکی بوده‌اند. ولی آن نیرو هم قابل تقسیم است – و این تا جایی است که نظریه‌ی کوانتوم می‌تواند ما را ببرد. این نظریه می‌تواند به طور باورنکردنی‌ای در مقیاس کوچک جواب دهد، ولی برخلاف فضا-زمان نمی‌توان آن را تا حد صفر کاهش داد.

این تناقض چیزی است که درک بیگ بنگ را سخت می‌کند. برای دهه‌های گذشته، راه آشکار پیش پای فیزیک‌دانان، توسعه‌ی نظریه‌ای کوانتومی برای گرانش بود. این کار مستلزم باز کردن زمینه‌ی ذاتاً پیوسته‌ی فضا-زمان به رشته‌های گسسته می‌باشد – “اتم‌های فضا”. این نامیست که بی لاک هو (Bei Lok Hu)، نظریه‌پرداز دانشگاه مریلند به آن‌ها می‌دهد.

در یک نظریه‌ی محبوب، گرانش کوانتومی حلقه، این اتم‌های فضا حلقه‌های هیچ هستند که با ریاضیات توصیف می‌شوند. گزینه‌های دیگری هم وجود دارد. ولی بیشترین تمرکز روی توصیف اتم‌های فضا با دقت با این فرض که یک توصیف منطقی کوانتومی از فضا-زمان، شامل بیگ بنگ، معنادار می‌شوند. هو اعتقاد دارد که این خوشبینانه است. “آخرین گام انگار ساده است، این طور نیست”.

دنیای زیرین ابر مانند

برای بیش از یک دهه می‌شود که هو پشتیبان تلاش‌هایی بوده که می‌خواهند این تفاوت‌ها را ناچیزتر کنند. و خارج از این پرسش است که یک توصیف بالقوه راضی‌کننده از بیگ بنگ جوانه زده است. او این راه را با تفکر درباره‌ی مایعات پیموده است. فرض کنید یک سطل آب را بالای سرتان گرفته‌اید. آب از مولکول‌هایی تشکیل شده که در نهایت با نظریه‌ی کوانتوم ساماندهی می‌شوند، ولی شما برای این که بدانید خیس خواهید شد، نیازی به دانستن جزئیات ندارید.

شما حتی می‌توانید دقیقاً رفتار آب را با علم هیدرودینامیک پیش‌بینی کنید. در واقع ما خیلی وقت پیش از این که چیزی راجع به نظریه‌ی کوانتوم بدانیم، از هیدرودینامیک با خبر بودیم. اگر هیدرودینامیک به ما اجازه‌ی توصیف رفتا مایعات را بدون دانستن جزئیات مولکول‌های آب می‌دهد، هو فکر کرد که ساختن فضا-زمان از اتم‌های فضا، بدون داشتن جزئیات ظریف آن‌ها باید امکان‌پذیر باشد.

قیاس هو مهم‌تر از چیزی است که به چشم می‌آید. در طی سال‌های اخیر، فیزیک‌دانان مدل‌هایی از مناطق خمیده‌ی فضا-زمان را در مایعات ساخته‌اند و به این نتیجه رسیده‌اند که هر دو به طور مرموزی شبیه به یکدیگرند. با در نظر گرفتن این دو با شباهت‌های پایه‌ای خود از لحاظ ریاضی، هو در این باره که فضا-زمان دقیقاً مثل مایعات نباشد شک دارد – فضا-زمان یک سیال است.

جهان می‌تواند تغییر شکل دهد؛ مثل مایعی که به گاز تبدیل می‌شود. (AL FENN/THE LIFE PICTURE COLLECTION/GETTY)

برای درک فکر او، به آب، در سه حالت فیزیکی‌اش دقت کنید: یخ، آب و بخار. همگی از مولکول‌هایی تشکیل یافته‌اند ولی نوع تعامل مولکول‌ها در این سه حالت فرق دارد. در حالت بخار، مولکول‌ها کار خودشان را می‌کنند. اگر به یک سطح سردی مثل شیشه‌ی پنجره‌ی شما برخورد کنند، متراکم گشته و تبدیل به مایع می‌شوند. هو فکر می‌کند که فضا-زمان نیز قادر است تغییرات فازی مشابهی داشته باشد. بدون چیزی مثل تقطیر، اتم‌های فضا در عالمی ابرمانند و بدون مالکیت زمان و هندسه وجود خواهند داشت (به شکل تصویر سیال نگاه کنید).

دانیال اوریتی (Daniele Oriti)، نظریه‌پرداز مؤسسه‌ی ماکس پلانک برای فیزیک گرانشی در پتسدام، به عنوان محققی جوان علاقه‌مند به این استدلال شد. او با راهی جدید و وسوسه‌انگیز برای معنی بخشیدن به فضا-زمان و بیگ بنگ روبه‌رو شده بود. با این حال در ترجمان این قیاس به زبان ریاضی مشکل داشت.

یکی از اشارات در سال ۲۰۰۶ مطرح شد. وقتی نظریه‌پردازانی مثل توماسز کونوپکا (Tomasz Konopka) و فوتینی مارکوپولو (Fotini Markopoulou) و لی اسمولین (Lee Smolin) توصیفی ارائه دادند که بر اساس آن، فضا-زمان شبکه‌ی ریاضی پیچیده‌ای از گره‌ها می‌باشد. با این که این نظریه برای برای مطابقت با چگالش هو خیلی انتزاعی است، گره‌ها می‌توانند از یک تغییر فاز منظم به چیزی شبیه فضا پیروی کنند؛ با ویژگی‌های بنیادینی که ما مثلاً برای هندسه در نظر می‌گیریم.

اوریتی که از این نتایج الهام گرفته بود، شروع به جستجو کرد که آیا ممکن است دستاورد مشابهی با استفاده از توصیفات معتبر بیشتری از اتم‌های فضا ممکن باشد. او با یک گرانش کوانتومی حلقوی از این اتم‌ها آغاز نمود. ولی سپس از یک چارچوب ریاضی دومی به نام نظریه‌ی میدان گروهی استفاده کرد. این نظریه نسخه‌ای از نظریه‌ی کوانتوم است که برای توصیف اتم‌های نرمال استفاده می‌شود؛ این که چگونه متراکم می‌شوند.

هفت سال طول کشید تا او نظریه‌اش را سامان دهد. ولی در سال ۲۰۱۳، همراه با لورنزو سیندونی در مؤسسه‌ی ماکس پلانک و استفن گیلن در دانشگاه هانوفر، اوریتی نشان داد که نظریه‌ی میدان گروهی می‌تواند اتم‌های فضا را متراکم نماید. با وجود موفقیت، آن‌ها نتوانستند بگویند که این سیال به وجود آمده زیاد شبیه جهان ماست، ولی به نظر می‌آمد حداقل اندازه و شکل داشته باشد.

تقریبا دستاوردی بسیار بزرگ بود. در کار متراکم ساختن اتم‌های فضا به فضا-زمان آن‌ها اولین بودند. سال پیش آن‌ها محاسبات خود را جزئی‌تر کردند. این بار چیزی که به وجود آمد، شبیه فضا-زمان دنیای ما بود که در حال گسترش است. چیزی که در این میان مایه‌ی شگفتی شد این بود: سیال فضا-زمان به نظر نمی‌آمد که در لحظه‌ی بیگ بنگ به سوی تکینگی قیف شده باشد. به جای آن، می‌خواست رو به بیرون برگردد، مثل جهان ققنوسی که قبلاً اشاره کردیم.

اگر لومتر زنده بود، از این یافته‌ها خشنود می‌شد، ولی این نه پایان ماجراست و نه حتی آغاز آن. خلاصه که این کار روی برخی تخمین‌ها بنا شده و اوریتی باور دارد اگر بررسی‌های دقیق‌تری انجام شود، این شانس وجود دارد که در واقعه‌ی بزرگ آغاز جهان آن‌ها نه انفجاری در کار باشد و نه جهشی.

او می‌گوید در چنین شرایط فشرده‌ای، فضا-زمان می‌تواند از یک فاز به فاز دیگری تبدیل گردد. به این معنی که اصلاً آغازی قطعی نداشته است. چیزی که ما بیگ بنگ تصور می‌کنیم، فقط لحظه‌ی تراکم است (big condensation). یا اگر به عقب برگشتن‌مان ادامه دهیم می‌توانیم واژه‌ی بیگ بویل را به معنای جوشش بزرگ استفاده کنیم.

اگر چنین باشد، پس جهان زیرین فضا-زمان در طرف دیگر بیگ بویل چگونه بوده است؟ این جاست که قلم می‌شکند؛ چون هر سؤالی – چه چیزی، کجا، چگونه – مفاهیمی را طلب می‌کنند که به سادگی وجود نداشته است.

فکر کردن به این که فضا-زمان شبیه چه چیزی بوده است، مثل این می‌ماند که ماهی بخار آب را تصور کند.

“شما باید درباره‌ی این اتم‌های فضا بدون وجودشان در جایی از فضا، یا حرکت در زمان فکر کنید. مفهوم دقیق زمان و فضا باید خارج از آن‌ها ساخته شود”. مثل این می‌ماند که ماهی به زندگی در بخار آب فکر کند.

نظریه‌پردازان دیگر نیز تحت تأثیر کارهای اوریتی قرار گرفته‌اند. استفون الکساندر در دانشگاه براون آن “شاهکار خلاقانه” می‌خواند. ولی راجع به پیدایش ماده سؤال می‌کند. “چون جهان ماده هم دارد. این طور نیست؟”

João Magueijo از کالج سلطنتی لندن نیز این نظریه را تحسین می‌کند. ولی عقیده دارد که اوریتی و همکارانش باید آن را قابل آزمون سازند. “او باید شاخ‌های گاو را بگیرد، و تلاش کند تا پیش‌بینی‌هایی روی ساختار بزرگ مقیاس ایجاد کند. این کار نظریات دیگری مطرح خواهد ساخت”.

اوریتی تا آن مرحله کار دارد، ولی ایده‎ی اصلی که فضا-زمان مثل یک مایع است، می‌تواند تست شود. در سال ۲۰۱۴ محققان فوتون‌های پرانرژی را از سحابی خرچنگ (Crab Nebula) مطالعه کردند. آن‌ها به دنبال نشانه‌های عبور فوتون‌ها از یک فضای به سبکِ سیال بودند. با این که نتایج نهایی نیست، آزمایش‌ها راهی برای تست ایده‌ی چگالش پیشنهاد کرد.

هنوز شواهد این که فضا-زمان مثل یک سیال است، ضرورتاً بیگ بویل را اثبات نمی‌کند. شاید فضا-زمان پس از آن مایع شده باشد. برای دستیابی واقعی به آن لحظه‌ی اول پیدایش، اوریتی باید یک تعریف ریاضی پیوسته از اتم‌های آزاد فضا داشته باشد، که قبل از فضا-زمانی که ما می‌شناسیم، نیز وجود دارند. این کار حداقل برای ما، جز آشفتگی ذهنی، مفهوم دیگری ندارد؛ چون آگاهی ما با مفاهیمی مثل زمان، فضا و هندسه سرشته شده است. “در این رابطه، این رادیکال‌ترین چیزی است که می‌توان به آن فکر کرد”. اوریتی این را می‌گوید و بزرگ‌ترین چالش او این است: ماهی بودن بیرون از آب.

علی تقی‌زاده


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *