بیگ بنگ: زمانی نظریه‌ی جهش بزرگ(Big Bounce) غیرممکن تصور می‌شد، اما دو فیزیکدان دوباره آن را زنده کردند. بر طبق نظریه بیگ بنگ، یک نقطه با چگالیِ بی‌نهایت باعث شکل‌گیری کیهان شد؛ ولی شاید این فقط یک چرخه همیشگی از انقباض و انبساط دائمی باشد؟

به گزارش بیگ بنگ، تحقیقات جدید فیزیک نظری دریچه‌ای را به جهان ِ اولیه گشوده‌ است. به گفته محققان شاید این فقط آخرین تکرار چرخه‌ از جهش ِ بیگ بنگ باشد که حداقل برای یک بار و احتمالاً برای همیشه ادامه داشته است. مطمئناً قبل از اینکه فیزیکدانان تصمیم بگیرند “بیگ بنگ” را به نفع “جهش بزرگ” در نظر بگیرند، این پیش‌بینی‌ نظری باید در برابر هجوم شواهد مشاهداتی ایستادگی کند.

کیهان‌شناسی جهشی

دانشمندان واقعاً تصویر خوبی از اوایل جهان دارند، چیزی که ما آن را تحت عنوان نظریه‌ی بیگ بنگ می‌شناسیم و دوست داریم. در این مدل، مدت‌ها پیش جهان به مراتب کوچکتر، گرم‌تر و بسیار متراکم‌تر از امروز بود. در آن جهنم 13.8 میلیارد سال پیش، تمام عناصری که ما را به وجود می‌آورند در حدود ده دقیقه ابتدایی شکل گرفتند. این جهان ِ ابتدایی بسیار کوچک بود  و در بعضی نقاط دمایی بیش از چهار میلیارد درجه داشت.

به طرز شگفت انگیزی، این نظریۀ خارق‌العاده با تمام مشاهدات فعلی دانشمندان صادق است. اخترشناسان شواهد زیادی از بیگ بنگ دارند، از چگونگی روند انبساط کیهان، مشاهدۀ پس‌زمینه مایکروویو کیهانی مربوط به 380 هزار سال پس از تولد کیهان گرفته تا اندازه‌گیری فراوانی عناصر سبک‌ و … دریافتند که همه‌ی آنها مطابق با آنچه بیگ بنگ پیش‌بینی می‌کند، است. تا جایی که می‌توانیم بگوییم، این تصویری دقیق از جهان اولیه‌ی ماست. اما می‌دانیم که تصویر بیگ بنگ کامل نیست – یک قطعه پازل گم شده و آن قطعه اولین لحظات ِ جهان هستی است. این یک قطعه‌ی بسیار بزرگ است.

حریق بزرگ

مسئله این است که فیزیکی که ما برای درک کیهان اولیه استفاده می‌کنیم(یک مخلوط کاملاً پیچیده از نسبیت عام و فیزیک ذرات پرانرژی) می‌تواند ما را فقط تا قبل از تجزیه شدن ببرد. همانطور که سعی می‌کنیم عمیق‌تر به اولین لحظات کیهان فکر کنیم، حل مسئله‌ی ریاضی سخت‌تر و دشوارتر می‌شود، تا جایی که آن را رها می‌کنیم.

علامت اصلی که نشان می‌دهد ما هنوز جاهایی را بررسی نکرده‌ایم وجود «تکینگی» یا نقطه‌ای از تراکم بی‌نهایت در ابتدای بیگ بنگ است. این امر به ما می‌گوید که در یک از لحظه، کیهان در نقطه‌ای بسیار کوچک و بی‌نهایت متراکم جای داشت. واضح است که برای حل این مشکل به فیزیک جدیدی نیاز داریم – مجموعه ابزار فعلی ما به اندازۀ کافی خوب نیست.

برای صرفه جویی در وقت، به برخی از فیزیک‌های جدید نیاز داریم، چیزی که بتواند گرانش و سایر نیروها را به صورت ترکیبی در انرژی‌های فوق‌العاده بالا کنترل کند. و این دقیقاً همان چیزی است که نظریه ریسمان ادعا می‌کند: مدلی از فیزیک که توانایی ادارۀ گرانش و سایر نیروها در ترکیب با انرژی فوق‌العاده بالا را دارد. این بدان معنا است که نظریه‌ی ریسمان ادعا می‌کند که می تواند اولین لحظه‌های جهان را توضیح دهد.

یکی از اولین مفاهیم نظریه ریسمان جهان «اکپیروتیک» است که از کلمه‌ی یونانی «حریق بزرگ» یا آتش گرفته شده است. در این سناریو، اتفاقی رخ داده که ما آن را بعنوان بیگ بنگ(انفجار بزرگ) می‌شناسیم- بیگ بنگ آغاز نبود، بلکه بخشی از یک روند بزرگتر بود.

گسترش مفهوم جهان اکپیروتیک، منجر به طرح نظریه‌ای شد که باز هم با نظریه ریسمان تحریک شده و نام آن کیهان‌شناسی چرخه‌ای می‌باشد. از نظر فنی، ایدۀ جهانی که خود را به طور مداوم تکرار می‌کند هزاران سال قدمت دارد و به قبل از ابداع علم فیزیک باز می‌گردد، اما نظریه‌ ریسمان یک مبنای ریاضیاتی محکم برای این ایده دارد. جهان چرخه‌ای دقیقاً همانطور که تصور می‌کنید پیش می‌رود و به طور مداوم بین “انفجارهای بزرگ” و “بحران‌های بزرگ” برای ابدیت رو به گذشته و برای ابدیت رو به آینده، جهش می‌کند.

قبل از آغاز

اگرچه نسخه‌ اولیه مدل چرخه‌ای با مشاهدات تطبیق نداشت و به نظر ایده‌ای نادرست بود. اما مشعل “جهان اکپیروتیک” در طول سال‌ها روشن نگه داشته شد و مقاله‌ی منتشر شده در ماه ژانویه در پایگاه دادۀ arXiv توانست چین و چروک‌های ریاضیات را کشف کرده و برخی از فرصت‌های از دست رفته قبلی را آشکار سازد. فیزیکدانان “رابرت براندنبرگر” و “زیوی وانگ” از دانشگاه مک گیل کانادا دریافتند که در لحظه‌ی «جهش» هنگامی که جهان ما به یک نقطه‌ی فوق‌العاده کوچک تبدیل می‌شود و به حالت انفجار بزرگ باز می‌گردد، می‌توان همه چیز را در کنار هم قرار داد تا یک نتیجه‌ی مشاهداتی و آزمایش شده بدست آورد.

محققان معتقدند احتمالاً برای یک تریلیون سال جهان به انبساط خود ادامه می‌دهد و یک میدان فرضی(انرژی تاریک) به تامین انرژی آن می‌پردازد. وقتی این میدان انرژی سرانجام به صورت پراکنده رشد کند، کیهان به آرامی تغییر شکل می‌دهد. سپس در طی چند میلیارد سال بعد، ضریب مقیاس انقباضی همه چیز را به یکدیگر نزدیکتر می‌کند و انقباضِ جهان باعث شارژ مجدد میدان انرژی می‌شود. این میدان دمای کیهان را افزایش داده و اتم‌های آن را تبخیر می‌کند. سپس جهش رخ می‌دهد و  چرخه‌ای نو با “بیگ بنگ” آغاز می‌شود.

به عبارت دیگر، فیزیک پیچیدۀ این دوران حیاتی (و مسلماً درک درستی از آن وجود ندارد) ممکن است در واقع اجازه دهد تا یک دیدگاه اساسی در مورد زمان و مکان خودمان در کیهان داشته باشیم. اما برای آزمایش ِ کامل این مدل باید منتظر نسل جدیدی از آزمایش‌های کیهان‌شناسی باشیم.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: space.com