بیگ بنگ: چرا کیهان از چنین ویژگی‌هایی برخوردار است؟ دانشمندان در طول سالیان متمادی ایده‌های بسیاری را برای نحوۀ شکل‌گیری کیهان و آینده آن مطرح کرده‌اند. برخی از عجیب‌ترین ایده‌ها در این مقاله بررسی شده است. با بیگ‌بنگ همراه باشید.

1- کیهان‌شناسی غشایی

یکی از ویژگی‌های جالب کیهان که برای بسیاری از ما انسان‌ها امری پیش پا افتاده شده، سه‌بُعدی بودن آن است. شما در سه جهت قادر به حرکت هستید. با این حال، برخی نظریه‌ها از وجود بُعد دیگری حکایت دارند که در جهت عمودی دیگری واقع شده و انسان قادر نیست به طور مستقیم آن را درک کند. این فضا که در ابعاد بالاتر واقع شده به نام «the bulk» شناخته می‌شود، در حالی که کیهان نوعی غشای سه‌بعدی است که درون این فضای عظیم قرار دارد. نظریه کیهان‎شناسی غشایی بسیار پیچیده به نظر می‌رسد، اما در عین حال مسائل زیادی را در فیزیک حل می‌کند.

برای نمونه، دو فیزیکدان نظری به نام‌های لیزا رندل از دانشگاه هاروارد و رامان ساندرام از دانشگاه مریلند نسخه‌ای از نظریه کیهان‌شناسی غشایی را پیشنهاد کرده‌اند که نوعی عدم تقارن را در نیروهای زیراتمی توضیح می‌دهد. به باور آنها، غشاهای دیگری موازی با غشای کیهان خودمان وجود دارند. اما این نظریه کماکان کاستی‌های زیادی دارد و نتوانسته به برخی از معماها پاسخ دهد. باید پیش‌بینی‌های جدیدی انجام دهد که به لحاظ آزمایشی قابل بررسی باشد. در مدل رندل-ساندرام، چنین آزمایش‌هایی می‌تواند شامل اندازه‌گیریِ امواج گرانشی ناشی از سیاهچاله‌ها باشد که با برخورد یک غشاء به غشای دیگر رخ می‌دهد.

2- شکاف بزرگ

کهکشان‌ها در آینده به قدری از یکدیگر دور خواهند شد که نورشان هرگز به یکدیگر نخواهد رسید. در واقع، با پیر شدن و مرگ ستاره‌ها، زمانی خواهد رسید که اصلاً نور یا گرمایی در کار نباشد. کیهان به مکانی تاریک، سرد و خالی تبدیل خواهد شد. به نظر می‌رسد این سناریو پایان همه چیز باشد، اما بر طبق یکی از نظریه‌های پیشنهادی، این آغاز کیهانی دیگر در چرخه‌ای بی‌پایان است. نظریه کیهان‌شناسی غشایی را به خاطر دارید؟ این همان اتفاقی است که با برخورد غشای سرد و تهی با غشایی دیگر رخ می‌دهد. اگر زمان کافی وجود داشته باشد، این اتفاق سرانجام به وقوع خواهد پیوست. دانشمندانی به نام نیل توروک و پائول استینهاردت بر این باورند که چنین برخوردی به قدری انرژی عظیمی ایجاد می‌کند که برای ایجاد یک کیهان کاملاً جدید کافی است. آنها این نظریه را «نظریه اکپیروتیک» نام‌گذاری کرده‌اند. بر اساس این نظریه، کیهان از نقطه تکینگی به وجود نیامده، بلکه بر اثر برخورد دو غشاء شکل گرفته است.

3- کیهان مملو از پلاسما

بسیاری از دانشمندان کماکان به بیگ‌بنگ باور دارند و دو مشاهده کلیدی از این نظریه پشتیبانی می‌کند: انبساط کیهان و تابش زمینه ریزموج کیهانی. بلافاصله پس از بیگ‌بنگ، کیهان مکانی کوچک و داغ بود و به مانند خورشید از پلاسمای داغ پر شده بود. امروزه نیز اثرات این فاز فوق‌العاده داغ را در قالب دریایی از تابش می‌بینیم که کل فضا را پر کرده است. انبساط کیهان در طی بازه زمانی چند میلیارد ساله باعث شده تا دمای تابش به منفی 270 درجه سلسیوس کاهش پیدا کند، اما کماکان با تلسکوپ‌های رادیویی قابل شناسایی است.

“تابش زمینه ریزموج کیهانی” تقریباً در همه جهات یکسان به نظر می‌رسد؛ اگر کیهان با سرعت امروزی به انبساط خود ادامه داده باشد، نمی‌توان آن را توضیح داد. اکثر دانشمندان معتقدند که کیهان دورۀ فوق‌العاده سریعی تحت عنوان تورم را پشت سر گذاشته است. این اتفاق چند ثانیه پس از بیگ‌بنگ به وقوع پیوسته است.

4- جهان هولوگرافیک

یک هولوگرام امنیتی را در نظر بگیرید. این هولوگرام در واقع یک شیء دو بُعدی است که تصویری کاملاً سه‌بعدی را رمزگذاری می‌کند. بر طبق این نظریه، کل کیهان سه‌بعدی ممکن است در مرز دو‌ بعدی خودش رمزگذاری شده باشد. شاید این نظریه به مانند نظریه زندگی در شبیه‌سازی فاقد جذابیت کافی باشد، اما یکی از مزایای آن این است که به لحاظ علمی قابل آزمایش و بررسی است. یکی از تحقیقات دانشگاه سائوث‌همپتون انگلیس در سال 2017 نشان داد که این نظریه با الگوی مشاهده شده از نوسانات تابش زمینه ریزموج کیهانی سازگاری دارد.

5-کیهان در وضعیت پایدار

“بیگ‌بنگ” بهترین نظریه برای توضیح چگونگی آغاز جهان است. کیهان در گذشته چگال‌تر بوده و این خاصیت در آینده کمرنگ‌تر خواهد شد. همه دانشمندان از این قضیه خشنود نیستند و به همین خاطر روشی یافتند تا چگالی ثابت باقی بماند؛ حتی در کیهانی که با سرعت زیاد به انبساط خود ادامه می‌دهد. در این راهکار، ماده به طور مداوم با سرعت تقریباً سه اتم هیدروژن در هر میلیون سال متر مکعب ایجاد می‌شود. البته پیدایش تابش زمینه ریزموج کیهانی از محبوبیت این نظریه کاست و آن را به حاشیه راند چرا که مدل حاضر قادر به توضیح تابش ‎زمینه ریزموج کیهانی نیست.

6- چندجهانی

در نگاه متعارفی که به نظریه بیگ‌بنگ وجود دارد، برای اینکه یکنواختی تابش زمینه ریزموج کیهانی توضیح داده شود، باید انبساط فوق‌العاده سریعی تحت عنوان دورۀ تورم را در نظر گرفت. برخی از دانشمندان این تصور را در ذهن دارند که وقتی کیهان از فاز تورمی خارج شد، فقط یک حباب کوچک در دریای وسیعی از فضایِ متورم شونده بود. در این نظریه که با عنوان تورم ابدی شناخته می‌شود و پائول استینهاردت آن را پیشنهاد داده، سایر جهان‌های حبابی به طور پیوسته در سایر بخش‌های این دریای متورم شونده به وجود می‌آیند. مجموع همه آنها به شکل‌گیری «چندجهانی» می‌انجامد.

این نظریه وقتی عجیب‌تر می‌شود که بگوییم هیچ دلیلی وجود ندارد سایر جهان‌ها لزوماً قوانینی مثل قوانین فیزیک حاکم بر جهان ما را داشته باشند. ممکن است برخی جاذبه قوی‌تر یا سرعت نور متفاوتی داشته باشند. اگرچه امکان رویت مستقیم سایر جهان‌ها برای ما انسان‌ها میسر نیست، اما احتمال دارد یکی از این جهان‌ها با جهان ما برخورد کند. بنا به اعلام دانشمندان، نقطه سرد در تابش زمینه ریزموج کیهانی می‌تواند «نشانه‌ای از چنین برخوردی» باشد.

7- ما جاذبه را اشتباه متوجه شدیم!

نظریه‌های کیهان به درک دقیقی از جاذبه نیاز دارند. جاذبه تنها نیروی موجود در فیزیک است که در مقیاس‌های بسیار بزرگتر بر ماده تاثیر می‌گذارد. اما جاذبه نمی‌تواند به تنهایی برخی مشاهدات اخترشناسی را توضیح دهد. اگر سرعت ستاره‌ها را در لبه یک کهکشان اندازه‌گیری کنیم، می‌بینیم که با سرعت بسیار بالایی جابجا می‌شوند که این یعنی نباید در مدار خود باقی بمانند. تنها عاملی که آنها را تا حدی سر جایشان نگه می‌دارد، کشش گرانشیِ یک شی نامرئی است.

به نظر می‌رسد نیروی عجیبی به غیر از جاذبه باعث شده تا خوشه‌های کهکشانی کنار یکدیگر باشند. دو راهکار احتمالی وجود دارد. راهکار استاندارد که مورد تایید دانشمندان است، می‌گوید که کیهان حاوی «ماده تاریک» نامرئی است که این جاذبۀ اضافه را توضیح می‌دهد. مورد بعدی این است که نظریه جاذبه ما اشتباه است و باید «دینامیک نیوتنی اصلاح شده» جایگزین آن شود. یکی از دانشمندان این ایده را در مقاله‌ای در سال 2002 مطرح کرد. این دو گزینه با مشاهدات همخوانی دارند، اما کماکان منتظر تایید نهایی دانشمندان هستند. آزمایش‌های بیشتری مورد نیاز است.

8- فضا-زمان ابرسیال

حتی در صورتی که فضا دارای سه بُعد باشد، بُعد دیگری در قالب زمان نیز وجود دارد؛ بنابراین، می‌توان این طور تصور کرد که کیهان در فضا-زمان چهار بعدی وجود داشته باشد. بر اساس برخی از نظریه‌ها، مثل نظریه‌ای که استفانو لیبراتی از دانشکده بین‌المللی مطالعات پیشرفته و لوکا ماسیونه از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان در ژورنال Physics Review Letters مطرح کردند، صرفاً با فریم مرجع انتزاعی که حاوی اجرام فیزیکی از قبیل ستاره‌ها و کهکشان‌ها باشد سر و کار نداریم؛ بلکه از نوعی ماده فیزیکی صحبت می‌کنیم که قابل قیاس با اقیانوسی از آب است.

همان‌طور که آب از مولکول‌های بی‌شماری تشکیل شده، فضا-زمان نیز بر طبق این نظریه از ذرات میکروسکوپی در سطح عمیق‌تری از واقعیت تشکیل شده است. این نظریه، فضا-زمان را به عنوان ابرسیالی در نظر می‌گیرد که فاقد ویسکوزیته(گرانروی) است.

9- نظریه شبیه‌سازی کیهان

تاکنون همه نظریه‌ها از سوی دانشمندان مطرح شده‌اند، اما این یکی پیشنهاد فلاسفه است. اگر کلیه اطلاعات دربارۀ جهان از طریق حس‌های پنجگانه و ابزارها و دستگاه‌های علمی وارد مغزمان می‌شود، در این صورت آیا راهی وجود دارد که تایید کنیم این جهان توهمی بیش نیست؟ احتمال دارد کل جهان چیزی بیش از یک شبیه‌سازی کامپیوتری فوق پیچیده نباشد. این ایده در مجموعه فیلم‌های ماتریکس مطرح شد و به محبوبیت بالایی دست یافت. این ایده که بسیار عجیب و دور از ذهن است، مورد توجه جمعی از فلاسفه قرار گرفت. با این حال، نمی‌توان آن را به صورت علمی مورد آزمایش قرار داد، زیرا راهی برای تصدیق یا رد آن وجود ندارد.

10- انسان محور کیهان

قوانین فیزیک چند ثابت اساسی دارد که قدرت جاذبه، الکترومغناطیس و نیروهای زیراتمی را تعیین می‌کند. تا جایی که می‌دانیم، این آمار می‌توانند هر رقمی داشته باشند. اما اگر این ارقام کمی متفاوت از آنچه بودند که در دنیای واقعی می‌بینیم، جهان می‌توانست به جای بسیار متفاوتی تبدیل شود. در این صورت، جهان و البته ما انسان‌ها احتمالاً به وجود نمی‌آمدیم. برخی افراد نظیر نیک باستروم معتقدند این شواهدی است که نشان می‌دهد جهان آگاهانه طوری طراحی شده که حیاتی شبیه انسان‌، فرصت تکامل داشته باشد.

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com