كيف كان عالمنا قبل الانفجار الكبير؟

على المنظرين وعلماء الكونيات البحثإجابات على الأسئلة الأساسية: "لماذا نحن هنا؟" ، "متى ظهر الكون؟" و "كيف حدث هذا؟" ومع ذلك ، على الرغم من الأهمية الواضحة لإيجاد إجابات لهذه الأسئلة ، هناك سؤال يطغى عليهم جميعًا باهتمامه: "ما كان قبل الانفجار الكبير؟

لنكن صريحين: لا يمكننا الإجابة على هذا السؤال. لا أحد يستطيع. ولكن لا أحد يحظر المضاربة في هذا الموضوع والنظر في العديد من الافتراضات المثيرة للاهتمام؟ وأنا أتفق مع هذا ، على سبيل المثال ، شون كارول من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. في الشهر الماضي ، شاركت كارول في اجتماع نصف سنوي للجماعة الفلكية الأمريكية ، حيث اقترح عدة سيناريوهات "قبل الانفجار" ، يمكن أن يكون "وترها" هو ظهور عالمنا. مرة أخرى ، هذه مجرد مناقشة وليست نظرية ، لذا يرجى وضع ذلك في الاعتبار.

يقول كارول: "في ذلك الوقت ، إذا جاز التعبير ، فإن قوانين الفيزياء التي نعرفها لم تكن سارية بعد ، لأنها" لم تكن موجودة ".

عندما يقول الفيزيائيون ليس لديهم فكرة عماثم حدث ما يقولون ، بكل جدية. ويوافق بيتر فويت ، الفيزيائي النظري في جامعة كولومبيا ، على أن هذا التاريخ من التاريخ في ظلام دامس.

واحدة من أغرب خصائص عالمناهو أنه يحتوي على مستوى منخفض جدا من الانتروبيا. هذا المصطلح له العديد من التفسيرات ، لكن في هذه الحالة نتحدث عن درجة الاضطراب. وفي حالة الكون ، هناك ترتيب أكثر من الاضطراب. تخيل قنبلة مليئة بالرمل. تنفجر القنبلة ، والمليارات من حبيبات الرمل التي تحتوي عليها تنفصل عن بعضها البعض - أمامك نموذج من الانفجار الكبير.

"فقط بدلاً من التوسع الفوضوي المتوقع ، هذهيقول ستيفان كونتريمان ، طالب دراسات عليا بجامعة كولومبيا ، إن حبيبات الرمل التي تمثل مسألة عالمنا تتحول على الفور إلى "قلاع رملية" جاهزة الصنع ، والتي تشكلت بشكل غير مفهوم وبدون مساعدة خارجية ".

نتيجة الانفجار الكبير يمكن (وربماينبغي) ظهور مستوى عالٍ من الانتروبيا للكتلة في شكل مادة موزعة بشكل غير متساو. ومع ذلك ، بدلاً من ذلك ، نرى الأنظمة النجمية والمجرات ومجموعات المجرات بأكملها مترابطة. نحن نرى النظام.

بالإضافة إلى ذلك ، من المهم أن نفهم أن الكون ، أواضطراب ، مع مرور الوقت يمكن أن تزيد فقط - نفس القلعة الرملية عاجلا أو آجلا ودون مساعدة خارجية سوف تنهار في العديد من الحبوب من الرمال. علاوة على ذلك ، وكما يشير كارول ، فإن ارتباطنا بالزمن يرتبط ارتباطًا مباشرًا بمستوى الانتروبيا منذ ظهور الكون. في الوقت نفسه ، يمكن اعتبار الانتروبيا نفسها نوعًا من الممتلكات المادية التي تعتمد على الوقت والتي لها اتجاه واحد فقط من التقدم - نحو المستقبل.

لذلك ، الانتروبيا ، وفقا لقوانين الفيزياء ، يمكنزيادة فقط ، ولكن مستواه الحالي في الكون منخفض جدا. وفقًا لكارول ، لا يمكن أن يعني هذا سوى شيء واحد: كان مستوى الكون في وقت مبكر أقل ، أي أنه كان ينبغي أن يكون الكون أكثر تنظيماً وتنظيمًا. وهذا ، بدوره ، قد يوحي بفكرة ما حدث لكوننا قبل الانفجار الكبير نفسه.

هناك الكثير من الناس الذين يعتقدون ذلك في وقت مبكركان الكون نظامًا بسيطًا للغاية ، غير مهم ، وغير معبّر. ومع ذلك ، بمجرد قيامك بتوصيل إنتروب بهذه المشكلة ، يتغير المنظور على الفور ، وتفهم أنه في هذه الحالة تظهر الأشياء التي تحتاج إلى شرح ، "تستمر كارول.

حتى لو وضعنا جانبا الكون ، ثم من قبلسنبقى مع الجوانب الأخرى التي لا تقل أهمية والتي يجب تعديلها بطريقة ما إلى الكون الحالي الذي نعيش فيه. علاوة على ذلك ، في بعض الحالات ، يبدو انخفاض مستوى الانتروبيا أقل أهمية منه في حالات أخرى. لذلك ، سنحاول النظر في الافتراضات الثلاثة الأكثر شعبية حول ما يمكن أن يحدث للكون قبل الانفجار الكبير.

نموذج الارتداد الكبير

وفقا لفرضية واحدة ، منخفضةإن الكون الموجود في عالمنا يرجع إلى حقيقة أن ظهوره في حد ذاته كان نتيجة لانهيار بعض الكون "السابق". تقول هذه الفرضية أن كوننا يمكن أن يتشكل كنتيجة للضغط السريع ("الارتداد") ، الذي تتحكم فيه التأثيرات المعقدة للجاذبية الكمومية (التفرد) ، والتي بدورها ولدت الانفجار الكبير. بدوره ، قد يشير هذا إلى أنه يمكننا العيش بشكل جيد في أي وقت في تسلسل لانهائي من الأكوان الناشئة ، وعلى العكس ، في "التكرار الأول" للكون.

هذا النموذج الافتراضي لظهور الكونتسمى أحيانا نموذج "الارتداد الكبير". يبدو أن الإشارة الأولى لهذا المصطلح تعود إلى الستينيات ، ومع ذلك ، تحول هذا النموذج إلى فرضية مشكلة إلى حد ما في الثمانينات - أوائل التسعينيات.

من بين القضايا الأقل إثارة للجدل ، النموذجهناك أوجه قصور واضحة في Big Bounce. على سبيل المثال ، تتناقض فكرة الانهيار إلى التفرد مع نظرية أينشتاين العامة للنسبية - القواعد التي تعمل الجاذبية وفقًا لها. يعتقد الفيزيائيون أن تأثير التفرد يمكن أن يوجد داخل الثقوب السوداء ، لكن القوانين الفيزيائية المعروفة لنا لا يمكنها تزويدنا بآلية لشرح سبب قيام "الكون الآخر" ، بعد أن وصل إلى التفرد ، إلى ظهور الانفجار الكبير.

"لا يوجد شيء في النظرية العامة للنسبية من شأنها أن تشير إلى" انتعاش "في الكون الجديد نتيجة للخصوصية" ، كما يقول شون كارول.

ومع ذلك ، هذه ليست النقطة الوحيدة المثيرة للجدل. والحقيقة هي أن نموذج "الارتداد الكبير" يعني وجود مسار زمني مستقيم مع تناقص الإنتروبيا ، ومع ذلك ، كما ذكر أعلاه ، يزيد الإنتروبيا فقط مع مرور الوقت. بمعنى آخر ، وفقًا لقوانين الفيزياء المعروفة لنا ، فإن ظهور عالم كذاب أمر مستحيل.

مزيد من التطوير للنموذج أدى إلىفرضيات أن الوقت في الكون قد يكون دوري. ولكن في الوقت نفسه ، لا يزال النموذج غير قادر على شرح كيف سيتم استبدال التوسّع المستمر للكون بضغطه. ولكن هذا لا يعني بالضرورة أن نموذج Big Bounce خاطئ تمامًا. من الممكن أن تكون نظرياتنا الحالية حول هذا الموضوع غير كاملة وغير مدروسة بالكامل. في النهاية ، تم استنتاج القوانين الفيزيائية التي لدينا الآن مع الأخذ في الاعتبار أننا قادرون على مراقبة الكون.

نموذج الكون "النائم"

"ربما ، قبل الانفجار الكبير ، الكونلقد كان نوعًا من الفضاء الثابت للغاية ، الذي يتطور ببطء ، "يقوم النظريون مثل كورت هنتربيشلر ، وأوستن جويس ، وجوستين هيوري بالتنظير.

كان من المفترض أن يمتلك هذا الكون "قبل الانفجار"الحالة الثابتة ، أي أن تكون مستقرة حتى تظهر حالة أكثر استقرارًا. عن طريق القياس ، تخيل حافة الهاوية ، التي على حافة الصخرة في حالة اهتزاز. أي لمسة إلى الصخرة ستؤدي إلى سقوطها في الهاوية أو - الأقرب إلى حالتنا - سيحدث الانفجار الكبير. وفقًا لبعض النظريات ، يمكن أن يوجد الكون "قبل الانفجار" في شكل مختلف ، على سبيل المثال ، في شكل مساحة مسطحة وكثيفة للغاية. نتيجةً لذلك ، انتهت هذه الفترة الثابتة: لقد توسعت بشكل كبير واكتسبت شكل وحالة ما نراه الآن.

يقول كارول: "إن نموذج النوم في الكون ، لديه أيضًا مشاكله الخاصة".

"إنه يشير أيضًا إلى وجود مستوى منخفض من الكون في عالمنا ولا يفسر سبب ذلك".

ومع ذلك ، فإن Hinterbichler ، الفيزيائي النظري في جامعة كيس وسترن ريزيرف ، لا يعتبر ظهور مستوى منخفض من الانتروبيا مشكلة.

"نحن نبحث فقط عن تفسير للديناميات ،الذي حدث قبل الانفجار الكبير ، وهو ما يفسر لماذا نرى ما نراه الآن. يقول هينتربيشلر: "حتى الآن هذا هو الشيء الوحيد المتبقي لنا".

ومع ذلك ، يعتقد كارول أن هناك نظرية أخرى للكون "قبل الانفجار" التي يمكن أن تفسر انخفاض مستوى الكون في الكون لدينا.

نموذج الكون المتعدد

ظهور أكوان جديدة من "الكون الأصل"

نموذج الكون الافتراضي الافتراضي يتجنبهإن الإغفالات المرتبطة بانخفاض في الانتروبيا ، كما هو الحال مع نموذج Big Bounce ، تقدم تفسيراً لمستواه المنخفض اليوم ، كما تقول كارول. ينبع من فكرة "التضخم" - وهو نموذج مقبول وغير مكتمل للكون. تم اقتراح مصطلح "التضخم" والتفسير الأول لهذا النموذج في عام 1981 من قبل الفيزيائي آلان جوت ، الذي يعمل حاليًا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. وفقًا لهذا النموذج ، توسعت المساحة بعد الانفجار الكبير بشكل كبير. فجأة ، تحولت سرعة هذا التمدد إلى أعلى من سرعة الضوء. وفقا لميكانيكا الكم ، تحدث اهتزازات عشوائية ، بالكاد ملحوظة للطاقة باستمرار في الفضاء. في مرحلة ما من فترة التضخم ، وصلت ذروة هذه التقلبات إلى الحد الأقصى وتسببت في ظهور المجرات والفراغات وهياكل الانتروبيا على نطاق واسع ، والتي نلاحظها اليوم في الكون.

تم تطوير نموذج التضخم نفسه على أساسرصدات إشعاعات الميكروويف بقايا الكونية - أقدم أنواع الإشعاع التي ظهرت بعد مئات الآلاف من السنين فقط من الانفجار الكبير. يعتقد العلماء أن النموذج التضخمي يتنبأ تماما بوجوده.

وفقا لافتراض واحد ، الكون المتعددقد ينتج عن التضخم. يفترض الافتراض أن هناك عالمًا كبيرًا جدًا جدًا ، من وقت لآخر يولد أكوانًا أكثر إحكاما. علاوة على ذلك ، لا يوجد شكل من أشكال التواصل بين هذه الأكوان ممكن. يشرح ماركوس وو من PBS Nova:

"في أوائل الثمانينيات ، توصل الفيزيائيون إلى هذا الاستنتاجيمكن أن يكون للتضخم طبيعة اللانهاية ، ويتوقف فقط في بعض مناطق الفضاء ، مما يخلق نوعًا من "الجيوب" المغلقة. ومع ذلك ، بين التضخم "الجيوب" يستمر ، ويستمر بشكل أسرع من سرعة الضوء. في المقابل ، تصبح "الجيوب" المعزولة عن بعضها البعض أكوانًا بمرور الوقت. "

أبدى كارول إعجابه الشديد بهذا النموذج المعين ، على الرغم من اختلاف نموذجه المقترح نوعًا ما عما هو موصوف أعلاه:

هذه مجرد نسخة واحدة من نظريةلكن الاختلاف الرئيسي هنا هو أن "الكون الأصل" يمكن أن يتمتع بمستوى عالٍ من الإنتروبيا ويولد أكوانًا بمستوى منخفض "، كما تقول كارول.

وفقا لهذا النموذج ، قبل الانفجار الكبير كان هناكبعض الفضاءات المتسعة التي ولدت منها أكواننا غير المحدودة. الأكوان الأخرى تتجاوز قدرتنا على اكتشافها ويمكن أن تكون قد تشكلت قبل وبعد كوننا.

تجدر الإشارة إلى أنه في هذه اللحظة واحدمن النماذج الأكثر شعبية. ومع ذلك ، فإن العلماء ، بطبيعة الحال ، ينظرون إليها بطريقة مختلفة. يدعم البعض هذه الفكرة ، في حين أن آخرين ، على العكس من ذلك ، لا يتفقون معها تمامًا. ولكن إذا أخذنا بيتر فويت من جامعة كولومبيا كمثال ، فإن نظرية الكون المتعدد ، على الرغم من أنها تبدو جذابة للغاية من وجهة نظر علمية شائعة ، يمكن أن تجعل علماء الفيزياء كسولين ويجعلهم يتوقفون عن البحث عن إجابات عن الأسئلة الأساسية ، على سبيل المثال ، لماذا الثوابت الفيزيائية في عالمنا تماما كما هي - شطب كل شيء إلى التباين.

"المنظرون يتكهنون حول هذا الاحتماليقول فويت إن وجود عدد لا حصر له من الأكوان ، وفي النهاية يمكننا التوصل إلى نماذج واضحة يمكن أن تفسر السبب في أن القيم (مثل الخصائص الأساسية للجزيئات التي نلاحظها) يمكن أن تختلف عن بعضها البعض في كل كون واحد.

مخاوف Voight أنه بمجرد القضية الرئيسية لسيكون العلم في هذا المجال هو النقاش حول موضوع "كم نحن محظوظون لأن نكون في هذا الكون العشوائي ، حيث يحدث كل شيء بهذه الطريقة وليس بطريقة مختلفة ، على الرغم من التنوع غير المحدود من الاحتمالات ، لذلك دعونا نتخلى عن هذا المشروع مع النظريات."

ما يمكن تلخيصها؟ يتلقى العديد من علماء الفيزياء أموالًا للجدل وكتابة الكتب التي يحاولون فيها وصف كيف يستطيع الانفجار الكبير ونموذج الكون "قبل الانفجار" شرح ما نراه اليوم ، على الرغم من أنهم لا يعرفون أنفسهم ولا يعرفون حقيقةً لماذا هذا هكذا. الحقيقة هي أنه على الرغم من التبسيط الجاد في النماذج والشروحات الرياضية ، إلا أننا لم نقترب من الإجابة الصحيحة ، ولا يزال يتعين علينا إجراء الكثير من النقاش حول هذا الموضوع حتى نصل إلى النتيجة المرجوة.

"من المهم ليس فقط طرح النظريات والافتراضات. من المهم للغاية أن نوضح للناس أننا في واقع الأمر نحن أنفسنا لم نفهم بعد ما نتحدث عنه. كل هذا لا يتم إلا على مستوى الافتراضات ، لكنني آمل أن نتمكن عاجلاً أم آجلاً من إيجاد الإجابة الصحيحة التي تناسب الجميع "، كما تقول كارول.