آیا ممکن است جهان آغازی نداشته باشد

همیشه شنیده ایم که جهان آغازی داشته است اما تا به حال فکر کرده ایم که آیا ممکن است جهان آغازی نداشته باشد؟ شاید جهان ما همیشه وجود داشته است!

برونو بنتو، فیزیکدانی که ماهیت زمان را در دانشگاه لیورپول مطالعه می‌کند، می‌گوید: جهان در واقعیت دارای اسرار زیادی است که بیشتر مردم آن را با داستان علمی تخیلی یا حتی فانتزی مرتبط می‌دانند.

او در کار خود از نظریه جدیدی درباره گرانش کوانتومی به نام “نظریه مجموعه علّی” استفاده کرد که برطبق آن فضا و زمان به تکه های مجزای فضا-زمان تقسیم می شوند. طبق این نظریه در برخی سطوح تنها یک واحد بنیادی فضا-زمان وجود دارد.

بنتو و همکارانش از این رویکرد علّی برای مجموعه ای از کاوش در آغاز جهان استفاده کردند. آنها دریافتند که این امکان وجود دارد که جهان آغازی نداشته باشد و همیشه در گذشته بی نهایت وجود داشته و اخیراً به آنچه ما انفجار بزرگ یا بیگ بنگ می نامیم تکامل یافته است.

گرانش کوانتمی

گرانش کوانتومی شاید خسته کننده ترین مشکلی است که فیزیک مدرن با آن مواجه است. ما دو نظریه فوق العاده موثر در مورد جهان داریم؛ فیزیک کوانتومی و نسبیت عام. فیزیک کوانتومی توصیف موفقی درباره سه نیرو از چهار نیروی اساسی طبیعت (الکترومغناطیس، نیروی ضعیف و نیروی قوی) تا مقیاس میکروسکوپی ارائه کرده است. از سوی دیگر، نسبیت عام قوی‌ترین و کامل‌ترین توصیفی است که از گرانش تاکنون ابداع شده است.

اما با وجود تمام نقاط قوت، نسبیت عام ناقص است. حداقل در دو مکان خاص در جهان، ریاضیات نسبیت عام به سادگی از بین می رود و نتایج قابل اعتمادی به دست نمی آید؛ مراکز سیاهچاله ها و در ابتدای تشکیل جهان.

این مناطق «تکینگی» نامیده می شوندو نقاطی در فضا-زمان هستند که قوانین فعلی فیزیک ما در آن فرو می ریزند. در واقع آنها علائم هشدار ریاضی هستند که نشان دهنده فرو ریختن نظریه نسبیت عام است. در هر دوی این تکینگی ها، گرانش در مقیاس های طول بسیار کوچک به طرز باورنکردنی قوی می شود.

به این ترتیب، برای حل معماهای تکینگی ها، فیزیکدانان به توصیف میکروسکوپی گرانش قوی نیاز دارند که نظریه کوانتومی گرانش نیز نامیده می شود. البته رقبای جدی برای آن وجود دارد از جمله نظریه هایی مانند ریسمان و گرانش کوانتومی حلقه. در این بین رویکرد دیگری نیز وجود دارد که درک ما از مکان و زمان را کاملاً بازنویسی می کند.

نظریه مجموعه علّی

در تمام نظریه های فعلی فیزیک، فضا و زمان پیوسته هستند و سطحی صاف را تشکیل می دهند که زیربنای تمام واقعیت است. در چنین فضا-زمان پیوسته ای، دو نقطه در فضا و دو رویداد در زمان می توانند به یکدیگر نزدیک شوند.

اما رویکرد دیگری که نظریه مجموعه‌های علی نامیده می‌شود، فضا-زمان را به عنوان مجموعه‌ای از تکه‌های گسسته یا «اتم‌های فضا-زمان» دوباره تصور می‌کند. این تئوری محدودیت‌های سختی را برای نزدیکی رویدادها در مکان و زمان ایجاد می‌کند، زیرا آنها نمی‌توانند از اندازه «اتم» نزدیک‌تر باشند.

به عنوان مثال، اگر در حال خواندن این مطلب به صفحه نمایش خود نگاه می کنید، همه چیز صاف و پیوسته به نظر می رسد اما اگر بخواهید از طریق ذره بین به یک صفحه نمایش نگاه کنید، ممکن است پیکسل هایی را ببینید که فضا را تقسیم می کنند و متوجه خواهید شد که نزدیک کردن دو تصویر روی صفحه نمایش بیشتر از یک پیکسل غیرممکن است.

این نظریه فیزیک بنتو را هیجان زده کرد. “من از یافتن این نظریه هیجان زده شدم زیرا نه تنها تلاش می کند تا حد ممکن اساسی باشد بلکه رویکردی به گرانش کوانتومی و در واقع بازنگری در مفهوم خود فضا-زمان است که نقشی مرکزی به زمان و آنچه که از نظر فیزیکی آن دارد نیز می دهد. این بدین معناست که با گذشت زمان، گذشته ما واقعاً چقدر فیزیکی است و آیا آینده از قبل وجود دارد یا خیر.”

آغاز زمان

نظریه مجموعه علّی پیامدهای مهمی برای ماهیت زمان دارد. بخش بزرگی از فلسفه مجموعه علّی بیان می کند که گذر زمان مفهومی فیزیکی است که نباید آن را به نوعی توهم نوظهور یا به چیزی که در مغز ما رخ می دهد و باعث می شود فکر کنیم زمان می گذرد، نسبت داد.

رویکرد مجموعه علی مشکل تکینگی بیگ بنگ را کاملاً برطرف می کند زیرا در تئوری، تکینگی ها نمی توانند وجود داشته باشند. غیرممکن است که ماده به نقاط بی نهایت ریز فشرده شود زیرا آنها نمی توانند کوچکتر از اندازه یک اتم فضا-زمان باشند.

بنابراین بدون تکینگی بیگ بنگ، آغاز جهان ما چگونه به نظر می رسد؟ آنجاست که بنتو و همکارش، استاو زالل، به بررسی آنچه نظریه مجموعه های علی در مورد لحظات اولیه جهان می گوید، پرداختند.

در فرمول بندی و پویایی مجموعه علّی اصلی، یک مجموعه علی از هیچ به جهانی که امروز می بینیم رشد می کند. از این رو در این رویکرد بیگ بنگ به عنوان آغاز جهان وجود نخواهد داشت، زیرا مجموعه علی تا بی نهایت ادامه دار خواهد بود. بنابراین همیشه چیزی قبل از آن وجود داشته و خواهد داشت.

شاید کار آنها پاسخ مثبتی است به سوال که آیا ممکن است جهان آغازی نداشته باشد. آنچه ما به عنوان بیگ بنگ درک می کنیم ممکن است فقط یک لحظه خاص در تکامل این مجموعه علی همیشه موجود باشد و نه یک شروع واقعی. با این حال برای یافتن پاسخ قطعی نیاز به تحقیقات بیشتری است.