جمعه ۱۲ تیر ۱۳۹۴ ه‍.ش.

قبل از بیگ بنگ چه چیزی وجود داشت؟

از: سایت علمی بیگ بنگ؛ برگردان: سحر الله‌وردی

کیهان‌شناسی

قبل از بیگ بنگ چه چیزی وجود داشت؟



قبل از بیگ بنگ چه چیزی وجود داشت؟

 

بیگ بنگ، فضا – زمان و سیر تحولی کیهان در ۱۳٫۸ میلیارد سال

اخترشناسان کاملأ مطمئن هستند که چه اتفاقی پس از بیگ بنگ رخ داد، اما قبل از آن، چه چیزی وجود داشت؟ نظریه‌های پیشرو در مورد عللِ بیگ بنگ کدام است؟ حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش، جهان با یک انفجار ناگهانی آغاز شد، و همه‌ی ما را به این مهمانی بزرگ کیهانی دعوت کرد. اما قبل از آن چه اتفاقی افتاد؟

معمولأ داستانِ جهان را با بیگ بنگ آغاز می‌کنیم و سپس در مورد اتفاقی که پس از آن رخ داد صحبت می‌کنیم. به‌طور مشابه و کاملأ مخالف با دیدگاه اخترشناسان از جهان، بیشترین میزانی که می‌توانیم به گذشته برگردیم تابش پس زمینه‌ی کیهانی است که حدود ۳۸۰ هزار سال پس از بیگ بنگ رخ داده است. قبل از آن نمی‌توانیم امیدوار باشیم که چیزی را مشاهده کنیم زیرا جهان به حدی داغ و متراکم بود که چندان شفاف نبود، مثل سوپ نخود، سوپ خوشمزه‌ای که انرژی بالایی را مصرف می‌کند.

در شیوه‌ی زندگیِ نارضایت‌بخش، احمقانه و زمینیِ‌مان در واقع نمی‌توانیم مبدأ جهان را در زمان و فضایی که در آن قرار داریم مشاهده کنیم. لعنت به فضا و زمان … خوشبختانه، گونه‌های متفکر به ایده‌هایی دست یافته‌اند و بخشی از آن‌ها دیوانه‌کننده است و بخش دیگری نیز از ذهنِ منعطفی برخوردار می‌باشند. اولین ایده این است که جهان با یک نوسان کوانتومی آغاز شد و تا امروز نیز تورم یافته، چیزی که با ظرافت کامل در طول زمان انبساط پیدا می‌کند و محصول جانبیِ تصادفی‌اش وجود ما می‌باشد.

تصویری هنری از یک سیاهچالۀ کیهانی

ایده‌ی جایگزین این است که جهان ما در یک سیاهچاله از جهانی قدیمی‌تر آغاز شده است؛ در مورد این مسئله فکر کنید و اجازه دهید مغزتان به جوش و خروش بیاید. کیهان پیش از این وجود داشت و این جهان متعلق به ما نبود، سپس این جهان به یک سیاهچاله تبدیل شد و ما و همه چیزهایی که در اطرافمان هست از آن سیاهچاله تشکیل شدند.

در این‌جا ایده‌ی دیگری مطرح می‌شود، ذراتی را مشاهده می‌کنیم که در جهان ما به‌وجود می‌آیند، چه می‌شد اگر پس از زمانی طولانی، ذراتِ کل جهان در یک زمان به‌وجود می‌آمدند. به‌طور جدی … این زمان بسیار طولانی است، همراه با تعداد زیادی جهانِ «تقریبی» که هنوز می‌توانند وجود داشته باشند. اخیرأ، گروه بایسپ۲ شواهدی از تورم اولیه جهان را مشاهده کردند. همانند هرگونه ادعایی از گرانش، نتیجه به‌شدت مورد بحث و چالش قرار گرفته است. اگر ایده‌ی تورم کیهانی درست باشد، این امکان وجود دارد که جهان ما بخشی از مولتی ورسِ یا یک چند جهانی بزرگ‌تر باشد. معروف‌ترین فرم این ایده نوعی تورمِ ابدی ایجاد می‌کند که در آن، جهان ها در طول زمان ایجاد می‌شوند.

مراحل تحول کیهان، از بیگ بنگ تا اکنون

جهان ما باید یکی از آن‌ها باشد، هم‌چنین احتمالأ این سئوال که قبل از بیگ بنگ چه چیزی وجود داشته مشابه این سئوال است که در شمالِ قطب شمال چه چیزی وجود دارد. چیزی که به نظر در ابتدا وجود داشته به‌علت نیاز دارد و می‌تواند فقط ناشی از دیدگاه خودمان باشد. دوست داریم فکر کنیم که معلول همیشه دارای علت است، اما جهان می‌تواند یک استثنا باشد؛ ممکن است جهان بدون علت وجود داشته باشد. شما بگویید، قبل از این‌که مهمانی آغاز شود چه چیزی وجود داشته است؟ نظرتان را بنویسید.

نطر پل دیویس

پل دیویس، فیزیکدان و مؤلف کتاب «The Mind of God» که در ایران با نام «بنیانی علمی برای جهان عقلانی» به چاپ رسیده است، با بیان نسبتاً ساده‌ای این پرسش که قبل از بیگ بنگ چه بوده را چنین بررسی می‌کند.

قبل از بیگ بنگ چه بوده است؟ خب این پرسشی است که امشب بحث می‌کنیم. همیشه این موضوع مطرح می‌شود و دو پاسخ بدیهی برای آن وجود دارد: یک چیزی ... و هیچی.

به‌گفته‌ی هیچی قبل از بیگ بنگ نبوده است! حالا منظور از این حرف چیست؟ منظور این است که نه تنها ماده و انرژی وجود نداشته، بلکه مکان و زمان هم وجود نداشته است که ایده‌ی بسیار قدیمی است و تا «آگوستین» به قرن ۱۵ بر می‌گردد. یعنی جهان همراه با زمان به‌وجود آمده و نه در درون جهان.

سایه‌ی این ایده، در نسبیت عام اینشتین هم دیده می‌شود که یک «تکینتگی» در نقطه‌ی آغازین جهان قرار می‌دهد. یک تکینتگی فضا-زمان و این تکینتگی، یعنی فضا-زمان تا قبل از آن تکینتگی ادامه پیدا نمی‌کند و ما الآن منشأ تمام چیزهایی که از نظر فیزیکی مهم هستند را داریم و چیزی در قوانین فیزیک نیست تا مانع این ایده بشود.

در واقع قوانین فیزیک همان چیزهایی را توصیف می‌کند که من الآن گفتم؛ ولی هنوزهم مجبورید فرض کنید که قوانین فیزیک وجود داشته است ... در یک معنایی ماورایی ...

اگر یکی از قوانین فیزیک همزمان با جهان به‌وجود آمد، درست مثل علامت تجاری سازنده‌ی یک کالا، که در لحظه‌ی تولید روی آن حک می‌شود، با این حال، دوباره با یک معما طرف خواهید بود. چون اگر قوانین و جهان، همزمان به‌وجود آمده باشند، نمی‌توانید به آن قوانین برای توضیح پیدایش جهان استناد کنید؛ ولی اگر بگویید یک جورایی این قوانین از قبل وجود داشته‌اند، خارج از زمان و مکان، مانند افلاطونی‌ها، که معتقدند ریاضیات خارج از زمان و مکان وجود دارد، و به‌نوعی یک وجود مستقل و ماورایی دارد. حالا اگر بخوایید به این قوانین ماورایی استناد کنید، می‌توانید پیدایش جهان را توضیح دهید؛ که البته بعد از آن، مردم می‌خواهند بدانند، آن قوانین فیزیک از کجا آمدند و این‌که چرا این قوانین، و نه قوانین دیگر؟ این‌هم پرسش دومی که امشب درباره‌ی آن بحث می‌کنیم.

جهان از هیچ را بحث کردم. حالا جهان از چیزی دیگر چه می‌شود؟ با فرض این‌که چیزی قبل از پیدایش جهان بوده است.

خب، یک ایده‌ی رایجی که الآن است، و حدود بیست سالی است که شکل گرفته است، این است که بیگ بنگ، آن چیزی را که ما می‌گوییم بیگ بنگ، منشأ این جهان خودمان است نه منشأ تمام هستی فیزیکی. این فقط یکی از بیگ بنگ‌های بسیار بوده که در پهنه‌ی فضا و زمان پخش شده‌اند؛ و مجموعه‌ای تمام این بیگ بنگ‌ها، در اصل ازلی و ابدی هستند؛ نه آغازی داشته و نه پایانی دارد؛ و درون این چهارچوب کلی، جهان‌هایی مثل جهان ما همین‌گونه، یکباره به‌وجود می‌آیند؛ توسط مثلاً پدیده‌ی تونل‌زنی کوانتومی، یا چیزهای دیگر .. و این‌که سازوکار این‌ها چیست، و دوره‌ی حیات آن‌ها مثل تولد، تحول و شاید هم مرگ، و جهان ما هم فقط یک نمونه‌ی از آن‌ها است..

ممکن است که فکر کنید که خب، پس مشکل حل شد! مشکل اتفاقات قبل از بیگ بنگ. ولی هنوز مشکل وجودی فیزیکی حل نشده است؛ چون هنوز قوانین فیزیک را در این ساختار کلی چند جهان گسترده دارید؛ و می‌توانید بپرسیذ این قوانین از کجا آمده‌اند؟ و آیا آغازی برای این مجموعه‌‌ی فراگیر بوده یا نه؟ و اگر بوده، دوباره بر می‌گردیم به همان پرسش اولیه که داشتیم!

می‌بینیم، به‌نحوی به دست‌انداز می‌خوریم و تا وقتی که این قوانین لایتغییر را داشته باشیم، به نظر می‌آید که راه حل برای این مشکل نمی‌توانیم پیدا کنیم.

ایده‌ی انقلابی دیگری هم است که بسیار تکان‌دهنده است. اگر قوانین فیزیک را مطلق جهان‌شمول، بی‌نهایت دقیق و ذاتاً رابطه‌های ماورایی ریاضیاتی ندانیم و آن‌ها را متغییر و قابل تحول در این مجموعه بدانیم، حالا شانسی خواهید داشت در جهت توضیح جهان یا چندجهان اگر ترجیح می‌دهید.

به‌صورت قوانین و وضعیت‌های در حال تحول همزمان، به‌گونه‌ی که بازخوردی بین آن‌ها وجود دارد، مخصوصاً باید بازخوردی باشد که در زمان هم نفوذ کند، چون، در غیرصورت نمی‌تواند به‌صورت خودسازگار توضیح ارائه کنید، و دلیلی که جهان به این شکلی است که الآن است، به این قضیه مربوط است که یک جهت زمان دوطرفه به‌صورت اصل اتصال داریم. اتصال و نه علیت ...

اعمال ما باعث تغییر گذشته نمی‌شود و حتی نمی‌شود به گذشته سیگنال فرستاد؛ ولی اعمال کنونی ما می‌تواند به گذشته متصل شود. بنابراین، از روی پایه‌های مکانیک کوانتوم می‌دانیم. به این صورت، اینشتین می‌گفت: «عمل شبح‌وار از راه دور» ... چون ماجرایی که در این‌جا و آن‌جا به‌صورت همزمان اتفاق می‌افتد، و متصل هستند. با تغییر دستگاه مختصات مرجع، این یکی در گذشته‌ی آن یکی است، ولی هنوز منصل هستند. بنابراین، می‌دانیم که فیزیک کوانتم، زمان حال را به گذشته متصل می‌کند؛ ولی نمی‌تواند باعث تغییر در گذشته شود و یا پیامی به گذشته بفرستد.

نطر شان کارول

همواره برای ما این پرسش مطرح می‌شود که قبل از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاد؟ پاسخی که معمولاً به این پرسش داده می‌شود به این‌گونه است: قبل از بیگ بنگ چیزی وجود نداشته و بیگ بنگ آغاز همه چیز است. شان کارول.( Sean Carroll) از فیزیکدانان برجسته آمریکایی و عضو هیئت علمی دانشگاه شیکاگو، این پرسش را این‌گونه پاسخ می‌گوید: ما دقیقا نمی‌دانیم .

کارول نیز مانند بسیاری از فیزیکدانان و کیهان‌شناسان شروع به بررسی امکان وجود زمان قبل از بیگ بنگ و هم‌چنین ارائه‌ی نظریات جدید در مورد چگونگی شکل‌گیری جهان کرده است. کارول نتایج تحقیقات خود را هفته‌ی گذشته و در اجلاس اتحادیه‌ی ستاره‌شناسان آمریکایی در Louis, Missouri مطرح کرد. متن زیر خلاصه‌ای از گفته‌های کارول پیرامن شکل‌گیری جهان است که از زبان خود او نقل قول می‌شود:

این دوره یک عصر طلایی در روند شکل‌گیری جهان محسوب می‌شود، ولی مساله‌ای که در این‌جا مطرح می‌شود این است که مدل کنونی که ما از جهان در دست داریم، درک کاملی را از آن ایجاد نمی‌کند. اول این‌که، در حدود ۹۵٪ جرم جهان محاسبه نشده است. ظاهراً کیهان‌شناسان این مشکل را با اختراع انرژی تاریک و ماده‌ی تاریک حل کرده‌اند. اما این دلیل نمی‌شود که چون ما ماده‌ای را متناسب با داده‌های‌مان یافته‌ایم، از آینده‌ی جهان مطلع هستیم. چیزی که بیشتر ما را شگفت‌زده می‌کند، اطلاعاتی است که از فضاپیمای WMAP (کاوشگر ناهمسانگردی امواج مایکروویو Wilkinson) در مورد جهان به‌دست آمده. این فضاپیما امواج پس زمینه ی کیهانی (CMB) یا همان امواج بیگ بنگ را بررسی می‌کند.

تصویر لحظه‌ای WMAP از چگونگی شکل اولیه جهان، نشان می‌دهد که جهان در آغاز، داغ، متراکم و یکنواخت (آنتروپی پایین) بوده است. ما نمی‌دانیم چرا جهان این‌گونه بوده است. جهان ما چندان طبیعی به‌نظر نمی‌رسد. به‌علاوه، حالت‌های کم آنتروپی و هم‌چنین شرایط اولیه‌ی مکانی که بتوانند راه‌گشای جهانی مشابه جهان ما باشند، کمیاب هستند. اکثر آن‌ها دارای آنتروپی بالاتری هستند نه پایین‌تر.

اکثر پدیده‌های شگفت‌آور منفرد در مورد جهان، آن چیزهایی است که تغییر می‌کنند. و تمام آن‌ها در یک مسیر ثابت از گذشته تا آینده در میان جهان رخ می‌دهند. به این روند، بُردار زمان گفته می‌شود. این بُردار زمان از دومین قانون ترمودینامیک به‌دست می‌آید. این قانون آنتروپی را بیان می‌کند و چگونگی حرکت یک سیستم بسته را از نظم به‌سوی بی‌نظمی شرح می‌دهد و یک قانون بنیادی در فیزیک و ستاره‌شناسی بشمار می‌رود.

یکی از سئوالات مهم در مورد شرایط اولیه‌ی جهان به این‌گونه بیان می‌شود : که چرا در آغاز مقدار آنتروپی این‌قدر کم بوده است؟ کارول در پاسخ به این پرسش گفت: در لحظات اولیه‌ی بیگ بنگ، آنتروپی مسئول بُردار زمان بوده است. زندگی، مرگ، خاطرات و تمامی حوادث در جریان زمان و نظم موجود رخ می‌دهند و نمی‌توانند به‌عقب باز گردند.

هر زمانی که شما یک تخم مرغ را بشکنید یا یک لیوان شیشه‌ای آب را رها کنید، شاهد این قانون کیهان‌شناختی خواهید بود.

بنابراین به‌عبارت دیگر برای پاسخ به این پرسش‌ها در مورد جهان و بُردار زمان، ما نیاز به بررسی آنچه که قبل از بیگ بنگ رخداده خواهیم داشت. اما به‌دنبال تاریخی از جهان هستیم که برای همگان قابل درک باشد و به‌دنبال مکانیسمی اساسی برای حل این معما خواهیم بود.

در حال حاضر ما مدل خوبی برای جهان نداریم و نظریات رایج به این پرسش‌ها پاسخ مناسبی نمی‌دهند. نسبیت عام پیشبینی می‌کند که جهان در یک تکینگی آغاز شده. اما نمی‌تواند هیچ چیز را تا پس از بیگ بنگ توجیه کند. تئوری تورم که دوره‌ی انبساط سریع جهان را در لحظات اولیه بیگ بنگ مطرح کرده نیز نه تنها کمکی به حل مساله نمی‌کند. بلکه مساله‌ی آنتروپی را وخیم‌تر می‌سازد. این تئوری، خود نیازمند نظریه‌ای برای توجیه شراییط اولیه است.

در این‌جا مدل‌های دیگری نیز وجود دارند. اما من مدل جهان‌های چندگانه‌ای را که جهان‌های بچه را خلق می‌کنند، مناسب‌تر می‌دانم. جهان قابل مشاهده‌ی ما همه‌ی تاریخ خلقت را در خود ندارد. اگر ما بخشی از multiverse بزرگ‌تری باشیم آن‌گاه هیچ حالت آنتروپی تعادلی بیشینه‌ای وجود نخواهد داشت و آنتروپی با آفرینش جهانی مشابه جهان ما ایجاد شده است.

تحقیقات جدیدی را که من به همراه گروهی از فیزیکدانان بر روی نتایج WMAP انجام داده‌ام ، نشان می‌دهند که جهان دارای یک حالت نامتعادل یا یک‌طرفه است.

اندازه‌گیری‌های WMAP نشان می‌دهند که نوسانات امواج پس زمینه‌ی کیهانی در یک سوی آسمان در حدود ۱٠٪ قوی‌تر از سوی دیگر آن است. به‌عبارت دیگر اگر این نوسانات یک ساختار رها شده را در سرتاسر جهان خالق جهان ما نشان دهند آن‌گاه جهان در یک سوی خود سنگین‌تر خواهد بود. فهم بهتر گرانش کوانتومی به درک بهتر این موضوع کمک خواهد کرد. نوسانات کوانتومی می‌توانند جهان‌های جدیدی را به‌وجود آورند. اگر نوسانات گرمایی بتوانند در یک فضای ساکن جهان‌های بچه را تولید کنند. پس دارای انتروپی و در نتیجه قادر به آفرینش جهان بوده‌اند.

کارول بر این نکته تاکید بسیار دارد که هر پژوهشی در این زمینه نیاز به تفکر بسیار دارد. تا کنون هیچ یک از این تحقیقات ثابت نشده‌اند.


[] يادداشت‌ها




[] پی‌نوشت‌ها

قبل از بیگ بنگ چه چیزی وجود داشت؟، برگردان: سحر الله‌وردی، وب‌سایت علمی بیگ بنگ: ۲۱ دیماه ۱۳۹٣
پل دیویس، قبل از بیگ بنگ چه بوده است؟، آپارات: ۴ خرداد ۱۳۹۴
فاطمه شنبه‌زاده، قبل از بیگ بنگ چه بوده؟، آسمان شب ایران: ٢٧ خرداد ۱۳٨٧


[] جُستارهای وابسته




[] سرچشمه‌ها

وب‌سایت علمی بیگ بنگ؛ برگرفته از:
What Came Before the Big Bang?, by Brian Koberlein on December 1, 2014, Universe Today