رصيد الصورة: جامعة شيكاغو
قد يكون الانفجار العظيم حدثًا طبيعيًا في التطور الطبيعي للكون ، والذي سيحدث بشكل متكرر على نطاقات زمنية شاسعة بشكل لا يصدق مع توسع الكون ، وإفراغه ، وتبريده ، وفقًا لما ذكره اثنان من علماء الفيزياء بجامعة شيكاغو.
'نحب أن نقول أن الانفجار العظيم ليس شيئًا مميزًا في تاريخ كوننا ،' قال شون كارول ، الأستاذ المساعد في الفيزياء بجامعة شيكاغو. كارول وطالبة الدراسات العليا بجامعة شيكاغو جينيفر تشين ستنشر إلكترونياً ورقة تصف أفكارهما في http://arxiv.org/ .
يعالج بحث كارول وتشين سؤالين طموحين: لماذا يتدفق الوقت في اتجاه واحد فقط ، وهل يمكن أن يكون الانفجار الأعظم قد نشأ من تذبذب الطاقة في الفضاء الفارغ الذي يتوافق مع قوانين الفيزياء المعروفة؟
أثار السؤال حول سهم الزمن حيرة الفيزيائيين لمدة قرن لأن - في أغلب الأحيان - لا تميز القوانين الأساسية للفيزياء بين الماضي والمستقبل. هم؟ إعادة متماثل الوقت ،؟ قال كارول.
والمرتبط ارتباطًا وثيقًا بقضية الوقت هو مفهوم الانتروبيا ، وهو مقياس للاضطراب في الكون. كما أوضح الفيزيائي لودفيج بولتزمان منذ قرن مضى ، فإن الانتروبيا تزداد بشكل طبيعي بمرور الوقت. 'يمكنك تحويل بيضة إلى عجة ، ولكن لا يمكنك تحويلها إلى بيضة ،' قال كارول.
لكن اللغز يظل هو سبب انخفاض الكون في الكون أصلاً. لطالما أزعجت صعوبة هذا السؤال العلماء ، الذين غالبًا ما يتركون الأمر مجرد لغز للإجابة في المستقبل.
حاول كارول وتشين الإجابة عليه الآن.
اقترب باحثون سابقون من أسئلة حول الانفجار الأعظم بافتراض أن الانتروبيا في الكون محدودة. اتخذ كارول وتشين النهج المعاكس. 'نحن' نعيد افتراض أن إنتروبيا الكون لانهائية. يمكن أن تزيد دائما؟ قال تشين.
لتفسير سبب ظهور الكون كما هو اليوم بنجاح ، يجب أن يستوعب كلا النهجين عملية تسمى التضخم ، والتي تعد امتدادًا لنظرية الانفجار الأعظم. ابتكر علماء الفيزياء الفلكية نظرية التضخم حتى يتمكنوا من تفسير الكون كما يبدو اليوم. وفقًا للتضخم ، خضع الكون لفترة من التوسع الهائل في جزء من الثانية بعد الانفجار الأعظم.
ولكن هناك مشكلة في هذا السيناريو: 'هيكل عظمي في الخزانة ،' قال كارول. لبدء التضخم ، كان الكون سيشتمل على رقعة صغيرة مجهريًا في تكوين غير محتمل للغاية ، وليس ما يتوقعه العلماء من حالة أولية تم اختيارها عشوائيًا. يجادل كارول وتشين بأن الحالة الأولية العامة من المرجح أن تشبه في الواقع مساحة باردة وفارغة - وليست نقطة انطلاق مواتية بوضوح لبداية التضخم.
في عالم من الانتروبيا المحدودة ، اقترح بعض العلماء أن التقلب العشوائي يمكن أن يؤدي إلى التضخم. ومع ذلك ، فإن هذا سيتطلب من جزيئات الكون أن تتقلب من حالة إنتروبيا عالية إلى حالة إنتروبيا منخفضة - وهي نتيجة إحصائية طويلة.
'الشروط اللازمة للتضخم ليست بهذه السهولة؟' قال كارول. 'هناك حجة مفادها أنه من الأسهل أن يظهر كوننا من تقلب عشوائي بدلاً من أن يبدأ التضخم من تذبذب عشوائي.
سيناريو كارول وتشين حول الإنتروبيا اللانهائية مستوحى من اكتشاف عام 1998 أن الكون سوف يتمدد إلى الأبد بسبب قوة غامضة تسمى 'الطاقة المظلمة'. في ظل هذه الظروف ، يكون التكوين الطبيعي للكون شبه فارغ. 'في كوننا الحالي ، الإنتروبيا تنمو والكون يتوسع ويصبح فارغًا ،' قال كارول.
ولكن حتى الفضاء الفارغ به آثار خافتة للطاقة تتقلب على المستوى دون الذري. كما اقترح سابقًا Jaume Garriga من جامعة برشلونة المستقلة وألكسندر فيلينكين من جامعة Tufts ، يمكن لهذه التقلبات أن تولد انفجارات كبيرة خاصة بها في مناطق صغيرة من الكون ، مفصولة على نطاق واسع في الزمان والمكان. قام كارول وتشين بتوسيع هذه الفكرة بطريقة دراماتيكية ، مشيرين إلى أن التضخم يمكن أن يبدأ؟ في الاتجاه المعاكس؟ في الماضي البعيد لكوننا ، لذلك يمكن أن يبدو أن الوقت يتراجع (من وجهة نظرنا) للمراقبين البعيدين في ماضينا.
بغض النظر عن الاتجاه الذي تسير فيه ، فإن الأكوان الجديدة التي نشأت في هذه الانفجارات العظمى ستستمر في عملية زيادة الانتروبيا. في هذه الدورة التي لا تنتهي ، لا يحقق الكون أبدًا التوازن. إذا كان قد حقق التوازن ، فلن يحدث شيء على الإطلاق. لن يكون هناك سهم للوقت.
لا توجد حالة يمكنك الذهاب إليها وهي الانتروبيا القصوى. يمكنك دائمًا زيادة الانتروبيا أكثر عن طريق إنشاء كون جديد والسماح له بالتمدد والتبريد ،؟ وأوضح كارول.
المصدر الأصلي: بيان صحفي لجامعة شيكاغو
