ه‍.ش. ۱۳۹۳ مهر ۱۵, سه‌شنبه

جهان پيش از مه‌بانگ

از: ماهنامۀ درگاه کیهان (تنها ماهنامۀ الکترونیکی علمی نجومی ایران)

آغاز اسرارآمیز جهان

قبل از آغاز جهان چه خبر بود؟

فهرست مندرجات

[قبل][بعد]


تصور ما از نخستین روزهای عالم ممكن است سرشار از نقاط مبهم باشد، اما این بدان معنی نیست كه ما به‌دنبال شواهدی از اتفاقات رخ داده پیش از مه‌بانگ نیستیم. اخیراً در یك مجموعه مقاله سه‌گانه ادعا شده كه حلقه‌های هم مركز مربوط به دمای یكنواخت در تابش زمینه كیهانی (نخستین تشعشعی كه پس از مه‌بانگ در جهان منتشر شد) ممكن است نشانه‌هایی از تصادم سیاه‌چاله‌ها در یك دوره كیهانی باشد كه قبل از جهان فعلی ما وجود داشته است.

به گزارش نیچر، ایدۀ اصلی متعلق به واهه گارزادیان از انستیتو فیزیك ایروان ارمنستان و راجر پنروز، فیزیك‌دان نظری مشهور دانشگاه آكسفورد انگلستان است. این دو در مقاله اخیر خود استدلال كرده‌اند كه تصادم سیاه‌چاله‌های فوق سنگین پیش از مهبانگ ممكن است باعث ایجاد امواج گرانشی كروی پخش شونده‌ای شده باشد كه اثر خود را به‌صورت حلقه‌های مشخص در تابش زمینه كیهانی بر جای گذاشته‌اند.[۱]


[] مقاله بحث‌برانگیز پنروز و گارزادیان

راجر پنروز در این باره به بی‌بی‌سی گفت: «ما در تابش زمینه کیهانی به پژواک‌هایی از رویدادهای قبل از انفجار بزرگ دست پیدا کردیم که مانند حلقه‌هایی به دور خوشه‌های کهکشانی ظاهر می‌شوند».

سِر راجر پنروز (Sir Roger Penrose)

ایده‌های مطرح شده در این روش از نظریه‌ای نشأت می‌گیرد که توسط پروفسور پنروز در سال ۱۹۹۴ میلادی (۱۳۷۳ خورشیدی) مطرح شده و در مواردی با نظریه تورمی تناقض دارد. نظریه تورمی ادعا می‌کند پس از مه‌بانگ (بیگ بنگ)، جهان در دوره زمانی بسیار کوتاهی دچار انبساط بسیار وسیع و سریعی شده است.

بخش مهمی از تحقیقات فیزیک پُرانرژی با هدف روشن کردن این موضوع انجام می‌شود که قوانین طبیعی در طول دوره زودگذر تشکیل اولین نمونه از جهان چگونه تکامل پیدا کرده‌اند.


[] چرخه كیهانی

اغلب کیهان‌شناسان اعتقاد دارند که جهان، حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال قبل و در اثر مه‌بانگ به‌وجود آمده است. یکی از اجزای حیاتی مُدل استاندارد کیهانی (که برای توضیح یکنواختی جهان تا این حد لازم است)، این ایده است که در کسری از ثانیه پس از ‌مه‌بانگ، جهان طی دوره‌ای بسیار کوتاه دستخوش انبساطی فوق‌العاده سریع شد که تحت عنوان تورم (Inflation) شناخته می‌شود.

اما پروفسور پنروز در این باره می‌گوید: «من هیچ‌گاه موافق نظریه تورمی نبودم. اما اگر شما تورم را قبول نداشته باشید، باید چیز دیگری داشته باشید که بتواند همان کار انبساط را انجام دهد. در طرحی که من پیشنهاد داده‌ام، شما یک انبساط در مقیاس نمایی دارید، اما آن در عصر ما نیست. من از این نظریه برای شرح دادن دوره‌ای از زمان انفجاز بزرگ تا آینده بسیار دور استفاده می‌کنم. من ادعا می‌کنم این دوره یکی از دنباله‌های چنین رویدادهایی است. به این ترتیب می‌توان گفت که آینده یکی از این اعصار گذشته تبدیل به انفجار بزرگی برای عصر ما شده است».

کیهان‌شناسی چرخه‌ای تطبیقی (Conformal cyclic cosmology) که پروفسور پنروز از آن دفاع می‌کند، مدعی است، قوانین طبیعت در طول زمان تکامل پیدا کرده‌اند، هم‌چنین این نظریه نیاز به یک تئوری برای توضیح شروع جهان را از میان بر می‌دارد. پنروز تصور می‌کند که یکنواختی عظیم جهان ما ریشه در قبل از مه‌بانگ دارد، دنباله‌ی دوره کیهانی دیگری که باعث شده جهان منبسط شود و به ابعاد نامحدود و بسیار هموار فعلی برسد. این دوره نیز به نوبه خود زاییده مه‌بانگ دیگری بوده که در آخر یک دوره کیهانی قبل‌تر ایجاد شده است. به این ترتیب، چرخه‌ای ازلی و ابدی ایجاد می‌شود که هیچ آغاز یا پایانی ندارد.


[] یافته بی‌نهایت بزرگ

پنروز و گارزادیان برای تأیید این ادعا، داده‌های هفت سال ماهواره دبلیومپ (Wilkinson Microwave Anistrapy Probe با مخفف: WMAP) ناسا را تحلیل و پراکندگی اختلاف دما را در حلقه‌های اطراف بیش از ۱۱ هزار نقطه در آسمان محاسبه کرده‌اند. آن‌ها تعدادی حلقه را کشف کرده که پراکندگی دمایی آن‌ها به طرز محسوسی کمتر از آسمان اطراف آن‌ها است و به‌نظر می‌رسد شواهدی قبل از انفجار بزرگ هستند که نظریه CCC را نیز تأیید می‌کند.

در این مطالعات آن‌ها ۱۱ هزار مکان مختلف را بررسی کردند و به دنبال جهاتی در آسمان گشتند که زمانی بسیار دور، کهکشان‌های غول‌پیکری که به دور یکدیگر می‌چرخیدند، احتمالاً در آن‌جا با هم برخورد کرده‌اند. ممکن است در آن‌زمان سیاه‌چاله‌های بسیار بزرگ در مرکزهای آن‌ها با یکدیگر ترکیب شده و به این ترتیب بخشی از جرم آن‌ها در انفجارهایی بسیار بزرگ به انرژی تبدیل شده باشد.

نظریه CCC این‌طور بیان می‌کند که این فرآیند ممکن است بیش از یک بار در تاریخ تکرار شده باشد و هر کدام از این رویدادها موجی ضربه‌ای از انرژی را در جهان منتشر کرده‌اند.

این جستجو آن‌ها را به ۱۲ نامزد رساند که دایره‌های ‌هم‌مرکز آن‌ها با این نظریه سازگار بودند. برخی از آن‌ها شامل ۵ حلقه بودند که نماینده ۵ رویداد از یک شیء در طول دوره تاریخ بودند. این رویدادها که نماینده نظمی غیرمنتظره در دنیای بزرگ سرشار از بی‌نظمی‌هاست، می‌تواند نشانگر رویدادهای قبل از انفجار بزرگ باشد.

به گفته پنروز، نظریه تورمی تمام این بی‌قانونی‌ها و بی‌نظمی‌ها را نادیده می‌گیرد؛ اگر ما بخواهیم به این نظریه تکیه کنیم، چه توضیحی برای این انفجارهای بزرگ درست قبل از پایان یافتن تورم وجود دارد.



[] استدلال‌های اشتباه گارزادیان-پنروز

اما اکنون ایده گارزادیان و پنروز از سوی سه مطالعه مستقل به چالش کشیده شده است. مطالعاتی که حاصل کار ایگون وهوس و هانس اریکسن از دانشگاه اسلو؛ آدام موس، داگلاس اسکات و جیمز زیبین از دانشگاه بریتیش کلمبیای کانادا؛ و امیر حاجیان از انستیتو اخترفیزیک نظری کانادا است.

نتیجه کار هر سه گروه تأیید می‌کنند که داده‌های ماهواره‌ی دبلیومپ دارای حلقه‌هایی با پراکندگی دمایی پایین است. اما تفاوت کار آن‌ها با نتایج کار گارزادیان در اهمیتی است که آنها به این حلقه‌ها نسبت داده‌اند.

گارزادیان حلقه‌های مشاهده شده را با یک شبیه‌سازی از تابش زمینه کیهانی مقایسه کرد که در آن نوسانات دمایی بایستی کاملاً یکسان باشد، به این معنا که فراوانی آن‌ها مستقل از اندازه آن‌ها است. با انجام این کار وی دریافت که هیچ الگویی نباید وجود داشته باشد، اما سه گروهی که نتایج کار او را نقد کرده‌اند می‌گویند که این‌طور نیست.

آن‌ها به این نکته اشاره می‌کنند که داده‌های دبلیومپ به وضوح نشان می‌دهد که در مقیاس‌های زاویه‌ای کوچک‌تر، نقاط خیلی گرم و سرد وجود دارد. در نتیجه نمی‌توان فرض کرد که تابش زمینه کیهانی همسانگرد است. هر سه گروه در شبیه‌سازی‌های خود از تابش زمینه کیهانی که مشخصات اساسی جهان تورمی را در نظر می‌گیرد، به‌دنبال الگوهای پراکندگی دایروی بودند و هر سه نیز حلقه‌هایی را کشف کردند که بسیار شبیه حلقه‌های موجود در داده‌های دبلیومپ است.

اما گارزادیان با گفتن این‌که این تحلیل‌های انتقادی کاملاً بدیهی است، آن‌ها را رد می‌کند. وی استدلال می‌کند که اگرچه بین مدل استاندارد کیهانی و داده‌های دبلیومپ، «تا حد قابل قبولی» هم‌خوانی وجود دارد، اما در یک مدل دیگر مانند مدل پنروز ممکن است که این همخوانی «به مراتب بهتر» باشد. با این حال، وی نمی‌تواند با اطمینان بگوید که این حلقه‌ها مدرکی دال بر صحت مدل پنروز است. وی می‌گوید: «ما اثراتی را پیدا کرده‌ایم که ویژگی‌هایی پیش‌بینی شده مُدل پنروز را در خود حمل می‌کند».

هم‌چنین شاون کول از گروه کیهان‌شناسی محاسباتی دانشگاه دورهام در دفاع از این تحقیقات تاثیرگذار گفت: «این یک نظریه‌ای انقلابی است و ما اطلاعاتی در دست داریم که می‌تواند صحت آن را تأیید کند. بی‌نظمی‌های آماری در اطلاعات تابش زمینه کیهانی یکی از واضح‌ترین نشانه‌ها برای اثبات این نظریه انقلابی است. در مُدل استاندارد انفجار بزرگ ما هیچ چیز به شکل چرخه‌ای نداریم. این نظریه یک شروع دارد و هیچ‌گاه به پایان نمی‌رسد. اما سوالی فلسفی در این جا مطرح می‌شود، این‌که قبل از انفجار بزرگ چه چیزی بود. آن‌چه به دنبال آن هستیم، این است که «قبل از انفجار بزرگ چیزی نبوده است» را با استفاده از نظریه چرخه‌ای رد کنیم».[٢]


[] يادداشت‌ها


يادداشت ۱: اين مقاله برای دانش‌نامه‌ی آريانا توسط مهدیزاده کابلی ارسال شده است.



[] پی‌نوشت‌ها

[۱]- مقاله‌ای از راجر پنروز مبنی بر کشف آثار رویدادهای پیش از بیگ بنگ (مه‌بانگ) و آغاز جهان، بحث داغی را در مورد منشأ جهان به‌راه انداخت و انتشار ۳ مقاله چالش‌برانگیز در رد این ادعا، این بحث را داغ‌تر کرد. (رجوع کنید به: قبل از آغاز جهان چه خبر بود؟، وب‌سایت علمی بیگ بنگ: ۱۵ تیرماه ۱۳۹۲)
[٢]- جهان پيش از مه‌بانگ: قبل از آغاز جهان چه خبر بود؟، ماهنامۀ درگاه کیهان، سال اول، شمارۀ چهارم و پنچم، خرداد و تیر ۱٣۹٠، صص ۱٦-۱٨؛ و نیز رجوع شود به:
Sir Roger Penrose: An Alternate Theory of the Big Bang?, From Quarks to Quasars, April 14, 2014



[] جُستارهای وابسته







[] سرچشمه‌ها

ماهنامۀ درگاه کیهان، سال اول، شمارۀ چهارم و پنچم، خرداد و تیر ۱٣۹٠