بیگ بنگ:چگونه ممکن است چیزی از هیچ به وجود بیاید؟

پرسش خواننده: درک من این است که هیچ چیز از هیچ حاصل نمی شود. برای اینکه چیزی وجود داشته باشد، باید ماده یا جزء در دسترس باشد، و برای اینکه آنها در دسترس باشند، باید چیز دیگری در دسترس باشد. حالا سوال من: ماده ای که بیگ بنگ را ایجاد کرد از کجا آمده است و در اولین مرحله چه اتفاقی برای ایجاد آن ماده افتاد؟

آن، جهان یک بار دیگر به یک خلاء تبدیل خواهد شد، بدون نور، زندگی و معنا.» این را فیزیکدان برایان کاکس در سریال اخیر بی بی سی Universe هشدار داد . محو شدن آخرین ستاره تنها آغاز یک دوره بی نهایت طولانی و تاریک خواهد بود. تمام مواد در نهایت توسط سیاهچاله‌های هیولایی مصرف می‌شوند ، که به نوبه خود تبخیر می‌شوند و به تیره‌ترین درخشش‌های نور تبدیل می‌شوند. فضا همیشه به سمت بیرون منبسط خواهد شد تا زمانی که حتی آن نور کم نیز برای تعامل بیش از حد گسترده شود. فعالیت متوقف خواهد.

مترجم :داخل کانال موضوعاتی در مورد پایان دنیا قرار گرفته است علاقه دارید بزنید جهان در سرما میمیرد یا گرما؟

خواهد شد؟ به اندازه کافی عجیب، برخی کیهان شناسان بر این باورند که یک جهان خالی تاریک و سرد قبلی، مانند آنچه در آینده دور ما نهفته است، می توانست منبع انفجار بزرگ خود ما بوده باشد.

موضوع اول

اما قبل از اینکه به آن برسیم، بیایید نگاهی بیندازیم که چگونه "ماده" - ماده فیزیکی - برای اولین بار به وجود آمد. اگر بخواهیم منشأ ماده پایدار ساخته شده از اتم ها یا مولکول ها را توضیح دهیم، مطمئناً هیچ کدام از آن ها قبل بیگ بنگ وجود نداشت - و نه صدها هزار سال پس از آن. ما در واقع درک بسیار دقیقی از چگونگی تشکیل اولین اتم‌ها از ذرات ساده‌تر داریم، وقتی شرایط به اندازه‌ای سرد شد که مواد پیچیده پایدار باشند، و چگونه این اتم‌ها بعداً به عناصر سنگین‌تر درون ستاره‌ها ترکیب شدند. اما این درک به این سوال پاسخ نمی‌دهد که آیا چیزی از هیچ به وجود آمده است یا خیر.

پس بیایید بیشتر به عقب فکر کنیم. اولین ذرات ماده با عمر طولانی پروتون ها و نوترون ها بودند که با هم هسته اتم را تشکیل می دهند. اینها حدود یک ده هزارم ثانیه پس از انفجار بزرگ به وجود آمدند. قبل از آن نقطه، واقعاً هیچ ماده ای به معنای آشنای کلمه وجود نداشت. اما فیزیک به ما این امکان را می دهد که خط زمانی را به عقب برگردیم - به فرآیندهای فیزیکی که قبل از هر ماده پایداری هستند.

این ما را به به اصطلاح "دوران متحد بزرگ" می برد. در حال حاضر، ما به خوبی وارد قلمرو فیزیک نظری شده‌ایم، زیرا نمی‌توانیم در آزمایش‌های خود انرژی کافی برای بررسی انواع فرآیندهایی که در آن زمان در جریان بودند تولید کنیم. اما یک فرضیه قابل قبول این است که جهان فیزیکی از سوپ ذرات بنیادی کوتاه مدت - از جمله کوارک ها، بلوک های سازنده پروتون ها و نوترون ها - تشکیل شده است. هم ماده و هم «ضد ماده» در مقادیر تقریباً مساوی وجود داشت: هر نوع ذره ماده، مانند کوارک، دارای یک ضد ماده «تصویر آینه‌ای» است که تقریباً با خودش یکسان است و فقط در یک جنبه متفاوت است. با این حال، ماده و پادماده هنگام برخورد با هم در یک برق انرژی نابود می شوند، به این معنی که این ذرات دائما ایجاد و از بین می روند.

اما این ذرات در وهله اول چگونه به وجود آمدند؟ تئوری میدان کوانتومی به ما می گوید که حتی یک خلاء، که ظاهراً مربوط به فضازمان خالی است، پر از فعالیت فیزیکی به شکل نوسانات انرژی است. این نوسانات می توانند باعث بیرون آمدن ذرات شوند، اما مدت کوتاهی پس از آن ناپدید می شوند. این ممکن است به جای فیزیک واقعی شبیه یک ابهام ریاضی به نظر برسد، اما چنین ذرات در آزمایش های بی شماری مشاهده شده اند.

حالت خلاء فضا-زمان با ذرات در حال ایجاد و نابودی دائمی، ظاهراً «از هیچ» در حال جوشیدن است. اما شاید همه اینها واقعاً به ما می‌گوید این است که خلاء کوانتومی (با وجود نامش) یک چیزی است تا یک هیچ(مقاله خلا نیز میتواند مطالعه شود). فیلسوف دیوید آلبرت به طور به یاد ماندنی روایت هایی از بیگ بنگ را مورد انتقاد قرار داده است که قول می دهد از هیچ چیزی به این طریق به دست بیاورد.

فرض کنید بپرسیم: خود فضازمان از کجا پدید آمده است؟ سپس می‌توانیم ساعت را بیشتر به عقب برگردانیم، به «دوران پلانک» واقعاً باستانی - دوره‌ای که در اوایل تاریخ کیهان است که بهترین نظریه‌های فیزیک ما شکسته می‌شوند. این دوره تنها یک ده میلیونم از یک تریلیونم یک تریلیونم یک تریلیون ثانیه پس از انفجار بزرگ رخ داد. در این مرحله، فضا و زمان خود در معرض نوسانات کوانتومی قرار گرفتند. فیزیکدانان معمولاً به طور جداگانه با مکانیک کوانتومی، که بر دنیای خرد ذرات حکومت می کند، و با نسبیت عام، که در مقیاس های بزرگ و کیهانی اعمال می شود، کار می کنند. اما برای درک واقعی عصر پلانک، به یک نظریه کامل گرانش کوانتومی نیاز داریم که این دو را ادغام کند

ما هنوز یک نظریه کامل از گرانش کوانتومی نداریم، اما تلاش هایی وجود دارد - مانند نظریه ریسمان و گرانش کوانتومی حلقه. در این تلاش‌ها، فضا و زمان معمولی معمولاً مانند امواج روی سطح یک اقیانوس در اعماق، پدیدار می‌شوند. آنچه که ما به عنوان فضا و زمان تجربه می کنیم محصول فرآیندهای کوانتومی است که در سطحی عمیق تر و میکروسکوپی عمل می کنند - فرآیندهایی که برای ما به عنوان موجوداتی که ریشه در جهان ماکروسکوپی دارند چندان معنی ندارند.

در عصر پلانک، درک معمولی ما از مکان و زمان از بین می‌رود، بنابراین دیگر نمی‌توانیم به درک عادی خود از علت و معلول نیز تکیه کنیم. با وجود این، همه نظریه‌های کاندید گرانش کوانتومی، چیزی فیزیکی را توصیف می‌کنند که در دوره پلانک در حال وقوع است - پیش‌آهنگ کوانتومی فضا و زمان معمولی. اما این از کجا آمده است؟

حتی اگر علیت دیگر به هیچ شکل معمولی کاربرد نداشته باشد، باز هم ممکن است بتوان یک جزء از جهان عصر پلانک را بر حسب جزء دیگر توضیح داد. متأسفانه، در حال حاضر حتی بهترین فیزیک ما به طور کامل قادر به ارائه پاسخ نیست. تا زمانی که به سمت «نظریه همه چیز» پیشرفت نکنیم، نمی‌توانیم پاسخ قطعی بدهیم. بیشترین چیزی که در این مرحله می توانیم با اطمینان بگوییم این است که فیزیک تاکنون هیچ نمونه تایید شده ای از چیزی پیدا نکرده است که از هیچ به وجود آمده باشد.

چرخه تقریباً از هیچ

برای پاسخ واقعی به این سوال که چگونه چیزی می تواند از هیچ به وجود بیاید، باید وضعیت کوانتومی کل جهان را در آغاز دوره پلانک توضیح دهیم. تمام تلاش‌ها برای انجام این کار همچنان در حد حدس و گمان است. برخی از آنها مانند یک طراح به نیروهای ماوراء طبیعی توجه می کنند. اما سایر توضیحات کاندید در قلمرو فیزیک باقی می مانند - مانند یک جهان چندگانه، که شامل تعداد نامحدودی از جهان های موازی است، یا مدل های چرخه ای از جهان، که متولد و دوباره متولد می شوند.

راجر پنروز، فیزیکدان برنده جایزه نوبل 2020، یک مدل جذاب اما بحث برانگیز برای جهان چرخه ای به نام «کیهان شناسی چرخه ای منسجم» ارائه کرده است. پنروز از یک ارتباط ریاضی جالب بین یک حالت بسیار داغ، متراکم و کوچک از جهان - همانطور که در بیگ بنگ بود - و یک حالت بسیار سرد، خالی و منبسط شده از جهان - الهام گرفته شده است - همانطور که در آینده دور خواهد بود. . نظریه رادیکال او برای توضیح این تناظر این است که آن حالات وقتی به حد خود می رسند از نظر ریاضی یکسان می شوند. اگرچه ممکن است متناقض به نظر برسد، اما فقدان کامل ماده ممکن است باعث ایجاد تمام ماده ای شود که ما در اطراف خود در جهان خود می بینیم.

در این دیدگاه، بیگ بنگ تقریباً از هیچ سرچشمه می گیرد. این همان چیزی است که باقی می‌ماند زمانی که تمام مواد موجود در جهان به سیاهچاله‌ها تبدیل می‌شوند، سیاهچاله‌هایی که به نوبه خود به فوتون‌ها تبدیل می‌شوند - در یک فضای خالی گم می‌شوند. بنابراین، کل جهان از چیزی نشأت می‌گیرد که - از منظر فیزیکی دیگر در نظر گرفته شود - تا جایی که می‌توان به هیچ چیز نزدیک شد. اما این هیچ چیز هنوز نوعی چیزی نیست. این هنوز یک جهان فیزیکی است، هرچند خالی.

چگونه ممکن است همین حالت از یک منظر یک جهان سرد و خالی و از منظر دیگر یک جهان متراکم داغ باشد؟ پاسخ در یک روش پیچیده ریاضی به نام "تغییر مقیاس همسان" نهفته است، یک تبدیل هندسی که در واقع اندازه یک جسم را تغییر می دهد اما شکل آن را بدون تغییر می گذارد.

پنروز نشان داد که چگونه حالت متراکم سرد و حالت متراکم گرم می توانند با چنین مقیاس بندی مجددی مرتبط شوند به طوری که با توجه به شکل فضازمان های خود - البته نه با اندازه آنها - مطابقت داشته باشند. مسلماً درک اینکه چگونه دو شیء می‌توانند از این طریق با اندازه‌های متفاوتی یکسان باشند دشوار است – اما پنروز استدلال می‌کند که اندازه به عنوان یک مفهوم در چنین محیط‌های فیزیکی شدید معنا ندارد.

در کیهان‌شناسی چرخه‌ای منسجم، جهت توضیح از پیر و سرد به جوان و گرم می‌رود: حالت متراکم گرم به دلیل حالت خالی سرد وجود دارد. اما این «زیرا» آن آشنا نیست - علتی که در زمان به دنبال آن اثرش می‌آید. این تنها اندازه نیست که در این حالت های شدید دیگر مرتبط نیست: زمان نیز اهمیت دارد. حالت متراکم سرد و حالت متراکم گرم در جدول زمانی مختلف قرار دارند. حالت تهی سرد برای همیشه از منظر ناظر در هندسه زمانی خود ادامه می‌یابد، اما حالت متراکم داغی که به وجود می‌آورد، به طور موثر در یک جدول زمانی جدید زندگی می‌کند.

ممکن است به درک حالت متراکم گرم که از حالت خالی سرد به روشی غیر علتی ایجاد می شود کمک کند. شاید باید بگوییم که حالت متراکم گرم از حالت سرد و تهی پدید می آید، یا در آن ریشه می گیرد، یا با آن تحقق می یابد. اینها ایده های متافیزیکی مشخصی هستند که توسط فیلسوفان علم به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته اند، به ویژه در زمینه گرانش کوانتومی که به نظر می رسد علت و معلول معمولی در حال فروپاشی است. در محدوده دانش ما، تفکیک فیزیک و فلسفه سخت می شود.

شواهد تجربی؟

کیهان‌شناسی چرخه‌ای منسجم پاسخ‌های دقیق، هرچند گمانه‌زنی‌ای به این سؤال ارائه می‌دهد که انفجار بزرگ ما از کجا آمده است. اما حتی اگر دیدگاه پنروز با پیشرفت آینده کیهان‌شناسی تأیید شود، ممکن است فکر کنیم که هنوز به یک سؤال فلسفی عمیق‌تر پاسخ نمی‌دهیم - سؤالی درباره اینکه خود واقعیت فیزیکی از کجا آمده است. کل سیستم چرخه ها چگونه به وجود آمد؟ سپس در نهایت به این سؤال ناب می پردازیم که چرا چیزی به جای هیچ چیز وجود دارد - یکی از بزرگترین سؤالات متافیزیک.

اما تمرکز ما در اینجا بر توضیحاتی است که در قلمرو فیزیک باقی می مانند. سه گزینه گسترده برای این سوال عمیق تر وجود دارد که چرخه ها چگونه آغاز شدند. اصلاً نمی توانست توضیح فیزیکی داشته باشد. یا ممکن است چرخه‌هایی بی‌پایان تکرار شوند، که هر یک به تنهایی یک جهان است، با وضعیت کوانتومی اولیه هر کیهان که توسط برخی از ویژگی‌های جهان قبلا توضیح داده شده است. یا ممکن است یک چرخه واحد، و یک جهان تکرار شونده وجود داشته باشد، که آغاز آن چرخه با برخی ویژگی های پایان خودش توضیح داده شود. دو رویکرد اخیر از نیاز به هرگونه رویداد بی دلیل اجتناب می کنند - و این به آنها جذابیت متمایز می دهد. هیچ چیز توسط فیزیک بدون توضیح باقی نمی ماند.

پنروز دنباله‌ای از چرخه‌های بی‌پایان جدید را به دلایلی که تا حدی به تفسیر ترجیحی او از نظریه کوانتوم مرتبط است، متصور است. در مکانیک کوانتومی، یک سیستم فیزیکی در برهم نهی بسیاری از حالت‌های مختلف به طور همزمان وجود دارد و زمانی که آن را اندازه‌گیری می‌کنیم، فقط یکی را به‌طور تصادفی انتخاب می‌کند. برای Penrose، هر چرخه شامل رویدادهای کوانتومی تصادفی است که به روش متفاوتی رخ می دهند - به این معنی که هر چرخه با چرخه های قبل و بعد از آن متفاوت است. این در واقع خبر خوبی برای فیزیکدانان تجربی است، زیرا ممکن است به ما این امکان را بدهد که نگاهی اجمالی به جهان قدیمی داشته باشیم که از طریق ردپاهای ضعیف یا ناهنجاری ها در تابش باقی مانده از انفجار بزرگ که توسط ماهواره پلانک دیده می شود، به وجود آمده است.

پنروز و همکارانش بر این باورند که ممکن است قبلاً این آثار را مشاهده کرده باشند و الگوهایی را در داده‌های پلانک به تابش سیاهچاله‌های ابرپرجرم در جهان قبلی نسبت می‌دهند. با این حال، مشاهدات ادعا شده آنها توسط سایر فیزیکدانان به چالش کشیده شده است و هیئت منصفه همچنان خارج است.

چرخه های جدید بی پایان کلید چشم انداز خود پنروز هستند. اما یک راه طبیعی برای تبدیل کیهان‌شناسی چرخه‌ای منسجم از شکل چند چرخه به یک چرخه وجود دارد. سپس واقعیت فیزیکی شامل یک چرخش منفرد از طریق بیگ بنگ به یک حالت حداکثر خالی در آینده دور است - و سپس دوباره به همان بیگ بنگ، که دوباره همان جهان را ایجاد می کند.

این احتمال اخیر با تفسیر دیگری از مکانیک کوانتومی که تفسیر جهان های متعدد نامیده می شود، سازگار است. تعبیر جهان های متعدد به ما می گوید که هر بار که سیستمی را اندازه گیری می کنیم که در برهم نهی قرار دارد، این اندازه گیری به طور تصادفی حالتی را انتخاب نمی کند. در عوض، نتیجه اندازه‌گیری که می‌بینیم تنها یک احتمال است – همانی که در جهان خودمان وجود دارد. نتایج اندازه‌گیری‌های دیگر همگی در جهان‌های دیگر در یک چندجهانی انجام می‌شوند که عملاً از جهان ما جدا شده‌اند. بنابراین هر چقدر هم که احتمال وقوع چیزی کم باشد، اگر شانسی غیر صفر داشته باشد، در دنیای موازی کوانتومی رخ می دهد. افرادی مانند شما در جهان‌های دیگر هستند که برنده لاتاری شده‌اند، یا توسط یک طوفان عجیب به ابرها کشیده شده‌اند، یا خود به خود آتش گرفته‌اند، یا هر سه را به طور همزمان انجام داده‌اند.

برخی از مردم بر این باورند که چنین جهان‌های موازی ممکن است در داده‌های کیهان‌شناسی نیز قابل مشاهده باشند، به‌عنوان ردپایی که در اثر برخورد جهان دیگری با جهان ما ایجاد می‌شود.

نظریه کوانتومی جهان‌های متعدد، پیچش جدیدی در کیهان‌شناسی چرخه‌ای منسجم می‌دهد، هرچند که پنروز با آن موافق نیست. بیگ بنگ ما ممکن است تولد دوباره یک چندجهان کوانتومی واحد باشد که شامل بی نهایت جهان های مختلف است که همه با هم رخ می دهند. همه چیز ممکن اتفاق می افتد - سپس دوباره و دوباره و دوباره اتفاق می افتد.

یک اسطوره کهن

برای یک فیلسوف علم، دیدگاه پنروز جذاب است. فرصت‌های جدیدی را برای توضیح بیگ بنگ باز می‌کند و توضیحات ما را فراتر از علت و معلول معمولی می‌برد. بنابراین این یک مورد آزمایشی عالی برای کاوش روش های مختلف فیزیک است که می تواند جهان ما را توضیح دهد. سزاوار توجه بیشتر فیلسوفان است.

برای یک عاشق اسطوره، دید پنروز زیباست. در فرم ترجیحی چند چرخه پنروز، نوید دنیاهای بی پایان جدیدی را می دهد که از خاکستر اجدادشان متولد شده اند. در شکل تک چرخه ای خود، احضار مجدد مدرن و قابل توجهی از ایده باستانی اوروبورو یا مار جهان است. در اساطیر اسکاندیناوی، مار یورمونگاندر فرزند لوکی، فریبکار باهوش و آنگربودا غول پیکر است. یورمونگاندر دم خود را مصرف می کند و دایره ایجاد شده تعادل جهان را حفظ می کند. اما افسانه اوروبوروس در سراسر جهان - از جمله در مصر باستان - ثبت شده است.

اوروبوروهای یک جهان چرخه ای واقعاً با شکوه است. در درون شکم خود، جهان خودمان، و همچنین هر یک از جهان‌های جایگزین ممکن عجیب و شگفت‌انگیز که توسط فیزیک کوانتومی مجاز است، وجود دارد - و در نقطه‌ای که سرش با دمش برخورد می‌کند، کاملاً خالی است و در عین حال با انرژی در دماهای 2012 در جریان است. صد هزار میلیون میلیارد تریلیون درجه سانتیگراد. حتی لوکی، تغییر شکل، تحت تاثیر قرار خواهد گرفت.

نوشته شده توسط آلستر ویلسون، استاد فلسفه، دانشگاه بیرمنگام.

مترجم:سینا رحمانیان

منبع:

نشر فارسی:https://t.me/words_for_change

https://theconversation.com/

https://scitechdaily.com/

آلستر ویلسون، دانشگاه بیرمنگام ، 19 ژانویه 2022

نشر بدون منبع مجاز نیست.