ستيفن هوكينغ آخر ورقة عن الأكوان المتعدد
 |
| ستيفن هوكينغ آخر ورقة عن الأكوان المتعدد |
ربما ، ربما لا تكون الأكوان المتعددة معقدة بهذا القدر ، على حد قول الصحيفة الأخيرة لستيفن هوكينج ، والمؤلف المشارك توماس هيرتوغ. MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO LIBRARY / GETTY IMAGES
قبل أيام من وفاته في 14 مارس ، أكمل الفيزيائي النظري الشهير وعالم الكونيات ستيفن هوكينج ورقة بحثه النهائية. تم توفيره في البداية عبر خدمة arXiv preprint ، وقام بتمرير مراجعة الأقران وتم نشره عبر الإنترنت في Journal of High Energy Physics في 27 أبريل.
كتب مع الكاتب المشارك توماس هيرتوغ ، وهو فيزيائي نظري في جامعة لوفين ، بلجيكا ، ويضيف وجها آخر لفهم الكون الذي نعيش فيه. وغني عن القول ، أنه أمر معقد. بعنوان "خروج سلس من التضخم الأبدي؟" يناقش المنشور مشكلة غامضة تواجه علماء الكونيات.
ولكن قبل أن ندخل في صلب الدراسة ، دعونا نعود إلى ما كان عليه عالمنا ، وهو ما كان عليه قبل نحو 13.8 مليار سنة.
الانفجار الكبير والتضخم
تشير الكثير من الأدلة إلى أن كوننا نشأ من تفرد ، نقطة كثيفة بشكل لا نهائي حيث ولد كل الكون كما نعرفه. نحن نطلق على هذا الحدث "الانفجار الكبير". ولكن كيف جاء التفرد وسبب وقوع الانفجار العظيم لم يكن مصدر قلق في الوقت الحالي. نحن مهتمون بما حدث فورًا بعد أن تم إنتاج عالمنا ، وهي فترة تعرف باسم "التضخم".
يتوقع الكوسمولوجيون أن التضخم حدث خلال فترة صغيرة من الزوال مباشرة بعد الانفجار الكبير - أو خلال أول 10-32 ثانية من الكون! أثناء التضخم ، توسع الكون بشكل كبير وأسرع بكثير من سرعة الضوء. بعد مرور ثانية واحدة فقط ، تكثفت الطاقة من هذا الانفجار العملاق الذي لا يمكن تصوره لتشكيل الجسيمات دون الذرية التي ، على مدى ملايين السنين ، خلقت النجوم والمجرات والكواكب و (بعد 3.8 مليار سنة) من الحياة. وبمجرد انتهاء هذه الفترة التضخمية ، تباطأ معدل التوسع في الكون ، لكنه يستمر في التوسع حتى يومنا هذا.
ولما كان التضخم مدفوعاً بتوسع أسرع من الضوء ، فإن "الكون المنظور" الذي نراه اليوم ليس الكون بأكمله. بل إننا نوجد داخل منطقة من الكون كان الضوء قد حان الوقت للوصول. انها مثل اسقاط حصاة في بركة سباحة هادئة. ينتقل التموج الدائري الأول للانتشار من البقعة بسرعة ثابتة عبر سطح البركة. إذا تصورنا أن حدود عالمنا المرئي هي أن التموج - الذي يتنقل عبر البركة بسرعة الضوء - لا يعني أنه لا يوجد شيء خارج هذا التموج (هناك الكثير من البركة ، أو الكون ، أبعد من ذلك) ، لا يمكننا أن نرى حتى الان.
لذا ، فإن نتيجة التضخم هي أنه يجب أن يكون هناك قدر أكبر من الكون يتجاوز ما يمكننا رؤيته باستخدام أقوى التليسكوبات.
أدخل الكون المتعدد
ظل علماء الكونيات يتعاملون مع احتمال كون كوننا ليس الكون الوحيد. في الواقع ، لا يمكننا أن نكون أكثر من مجرد فقاعة واحدة في محيط رقيق لا متناهي ، مفهوم يعرف باسم "الكون المتعدد". ترى ، لم يحدث التضخم مرة واحدة. يحدث ذلك دائمًا عبر سلسلة من ردود الفعل المتسلسلة الهائلة المعروفة باسم "التضخم الأبدي". سيظهر عالم واحد ، التضخم سيسيطر على هذا الكون وسيوسع هذا الكون ، وسيكون لهذا الكون حالات عدم استقراره الكمومية التي ستولد المزيد من المفردات التي ستخلق المزيد من الأكوان. إنها مثل تفجير بالون الحزب الذي يولد نفسه العديد من البالونات الحزبية الأخرى التي تنفجر من سطحه المطاطي على ما يبدو بشكل عشوائي. هذا الوضع يبدو فوضويا ، وهو كذلك. يعتقد أنصار هذه الفرضية أن التضخم الأبدي لا يمكن وقفه ، وهو معقد إلى حد كبير ويستمر في توليد أكوان جديدة. تدل الرياضيات في هذه الحالة على أن الأكوان متعددة الأكوان مثل الفركتلات.
تجدر الإشارة إلى أن كل الكون المتتالي في الكون المتعدد لا يشترك على الأرجح في نفس فيزياء الكون. عالم واحد قد لا يكون عنده جاذبية. آخر قد لا يدعم القوى التي تمسح المادة معا. هناك الكثير من الأكوان الميتة التي لا تصل إلى الكثير. نحن البشر محظوظون ببساطة لوجود عالم يتمتع بالبيئة المناسبة لخلق ما نراه ، حجة فلسفية تعرف بالمبدأ الأنثروبي.
المشكلة مع التضخم الأبدي هي أنه فوضوي وغير محدود ، والفرضية في النهاية غير قابلة للاختبار. ما هو الهدف من وجود نموذج رياضي رائع للكون (أو الأكوان) إذا لم نتمكن على الأقل من العثور على بعض الأدلة القائمة على الملاحظة التي تدعم فرضية الأكوان المتعددة؟
Hawking لم يكن من محبي الكون المتعدد
إذن ، ما علاقة بحث هوكينج وهرتوغ بهذا الكون المتعدد الذي لا يلين؟
في الكون المتعدد ، كوننا هو مجرد جيب في الكون حيث انتهى التضخم ، وعلى الرغم من الصعاب ، وجد الهدوء لخلق فضل من النجوم والمجرات وحفنة من البشر الذين يعيشون على بعض الصخور العشوائية التي تفكر في الكون. غير أن ما يحدث خارج جيبنا من الهدوء مختلف بعض الشيء.
وقال هوكينج في مقابلة في العام الماضي: "النظرية المعتادة للتضخم الأبدي تتنبأ بأن عالمنا يشبه الفركتالية اللانهائية ، مع فسيفساء من أكوان جيب مختلفة ، مفصولة بمناخ تضخيم". "يمكن أن تختلف القوانين الفيزيائية والكيميائية المحلية من كون جيب إلى آخر ، والتي تشكل معاً أكوانًا متعددة. لكنني لم أكن أبدًا معجبًا بالأكوان المتعددة. إذا كان مقياس الأكوان المختلفة في الأكوان المتعددة كبيرًا أو لانهائيًا لا يمكن اختباره ".
Hawking لم يكن من محبي الكون المتعدد
إذن ، ما علاقة بحث هوكينج وهرتوغ بهذا الكون المتعدد الذي لا يلين؟في الكون المتعدد ، كوننا هو مجرد جيب في الكون حيث انتهى التضخم ، وعلى الرغم من الصعاب ، وجد الهدوء لخلق فضل من النجوم والمجرات وحفنة من البشر الذين يعيشون على بعض الصخور العشوائية التي تفكر في الكون. غير أن ما يحدث خارج جيبنا من الهدوء مختلف بعض الشيء.
وقال هوكينج في مقابلة في العام الماضي: "النظرية المعتادة للتضخم الأبدي تتنبأ بأن عالمنا يشبه الفركتالية اللانهائية ، مع فسيفساء من أكوان جيب مختلفة ، مفصولة بمناخ تضخيم". "يمكن أن تختلف القوانين الفيزيائية والكيميائية المحلية من كون جيب إلى آخر ، والتي تشكل معاً أكوانًا متعددة. لكنني لم أكن أبدًا معجبًا بالأكوان المتعددة. إذا كان مقياس الأكوان المختلفة في الأكوان المتعددة كبيرًا أو لانهائيًا لا يمكن اختباره ".
المشكلة ، بحسب هوكينج وهرتوغ ، تكمن في عدم توافق النظرية النسبية العامة لأينشتاين (التي تحكم تطور الكون) والميكانيكا الكمومية (التي تنشئ بذور أكوان جديدة من خلال التقلبات الكمومية). وقال هيرتوج في البيان الصحفي المصاحب "إن نموذج التضخم الأبدي في الأكوان المتعددة" يقضي على الفصل بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الكمومية. "ونتيجة لذلك ، فإن نظرية أينشتاين تنهار في التضخم الأبدي."
لا تذهب دراستهم إلى حد التوفيق بين النسبية العامة والفيزياء الكوانتية (وهو السعي الذي لم ينجح حتى الآن) ، لكنهم يستخدمون نظرية نظرية الأوتار للمساعدة في تبسيط نموذج الكون المتعدد. ملخص سريع: تتنبأ نظرية الأوتار بأن جميع الجسيمات دون الذرية في كوننا تتكون في الواقع من سلاسل أحادية البعد تنتشر عبر الفضاء. إن الحالة الاهتزازية لهذه السلاسل هي ما يعطي هذه الجسيمات حالتها الكمية (مثل الشحنة ، السبين والكتلة). لكن نظرية الأوتار تتنبأ أيضا بوجود الجرافيتون الافتراضي ، وهو جسيم كمومي يحمل قوة الجاذبية. وبالتالي ، فإن نظرية الأوتار ستقدم تفسيرًا لكيفية انبثاق آينشتاين النسبية العامة (الجاذبية) مع فيزياء الكم.
باستخدام الإطار الرياضي لنظرية الأوتار ، تبسط هذه الدراسة الأكوان المتعددة. استخدم Hawking و Hertog مفهوم نظرية الأوتار من التصوير المجسم للحد من كوننا ثلاثي الأبعاد إلى "سطح" ثنائي الأبعاد ، والذي من خلاله يتم توقع الكون الذي نعرفه والحب. من خلال القيام بذلك ، كانوا قادرين على وصف التضخم الأبدي دون النسبية العامة ، وخلق "الدولة الخالدة".
وقال هيرتوج في بيان "عندما نتتبع تطور كوننا إلى الوراء في الوقت المناسب ، فإننا نصل في مرحلة ما إلى عتبة التضخم الأبدي ، حيث يتوقف مفهومنا المعتاد للوقت عن أي معنى".
وقال هيرتوغ في بيان.
الرياضيات معقدة ، ولكن النتيجة مثيرة للاهتمام. الحسابات لها تأثير تحويل الكون المتعدد اللانهائي والفركتلي إلى وضع أبسط (ومتوسط) أكثر مما يتوقعه التضخم الأبدي.
وقال هوكينج: "نحن لا نصل إلى عالم واحد فريد من نوعه ، ولكن نتائجنا تشير إلى انخفاض كبير في الأكوان المتعددة ، إلى مجموعة أصغر بكثير من الأكوان الممكنة".
كيف نختبره؟
لوضعها في المنظور الصحيح ، فإن ورقة هوكينج النهائية لا تحدث ثورة في فهمنا للكيفية التي يعمل بها الكون (وفي الواقع الأكوان المتعددة) ، ولكنها إضافة قيمة إلى حقل ضخم من العمل النظري. على وجه التحديد ، يأمل هيرتوغ أن تساعدنا هذه الدراسة في البحث عن موجات الجاذبية القديمة التي نتجت عن التضخم الأبدي. هذه التموجات في الزمكان هي أضعف من أن تكتشفها أجهزة كشف الموجات الجاذبية الحالية. نحتاج إلى الانتظار حتى يتم إطلاق مراصد فضائية متقدمة - مثل بعثة LISA في وكالة الفضاء الأوروبية المزمعة.
 |
| إضافة شرح |
تقديم فنان لـ LISA Pathfinder من وكالة الفضاء الأوروبية ، والذي سيتم تكليفه بالكشف عن موجات الجاذبية من الفضاء
ESA / C. CARREAU
وبغض النظر عما إذا كانت هذه الدراسة تؤدي إلى اكتشافات رائدة حول الكون الذي نعيش فيه ، فهي شهادة لعالم عظيم عمل بلا كلل طوال حياته للإجابة على بعض أكبر الأسئلة التي تفكر بها البشرية. وعلى أكتاف هوكينغ ، سوف تبني عقول عظيمة أخرى على هذا العمل ليتم فك حلها إذا كان كوننا فريداً - أو إذا كانت فقاعة واحدة تطفو بشكل متكافئ في محيط الأكوان المتعددة.
تعليقات
إرسال تعليق
تعليقكم يعكس شخصيتكم ، دعونا نتمتع باللباقة في الكلام.