في الفيزياء، الوقت يصبح أكثر تعقيدا، تم دمجها في نظريات النسبية – تجربة دقات الساعة بالنسبة للراصد ومكانه في الفضاء – والإنتروبيا، التي تعطي الوقت تدفقًا أحادي الاتجاه. وفي الوقت نفسه، تشير ميكانيكا الكم إلى أن الزمن يمكنه تحريك كليهما إلى الأمام والخلفعلى الأقل داخل الأنظمة الكمومية.
في هذا المقتطف من “في الوقت المحدد: الفيزياء التي تجعل الكون علامة” (مطبعة جامعة برينستون، 2026)، مؤلف وعالم فيزياء نظرية Jim Al-Khalili ينظر إلى احتمال أن الزمن لم يبدأ بالانفجار الكبير، ولكن إذا كان هذا الانفجار مجرد لحظة أخرى، فماذا كان هناك من قبل؟
هناك نظرية كونية بديلة لتلك التي تقول إن الانفجار الكبير يمثل بداية الزمن نفسه، والذي أعقبه فترة وجيزة من التضخم السريع للفضاء. ويعرف البديل بالتضخم الأبدي. في هذا السيناريو، وُلد كوننا كفقاعة صغيرة في مساحة لا نهائية ظلت تخضع للتضخم إلى الأبد.
لذا، بدلاً من أن يبدأ الوقت بالانفجار الكبير، يجب أن نعتبر الانفجار الكبير حدثًا وقع في لحظة ما من الزمن، حيث توقفت فجأة منطقتنا من هذا الفضاء اللامتناهي عن التضخم وبدأت بدلاً من ذلك في التوسع بوتيرة أكثر هدوءًا.
لذلك بدلًا من حدوث فترة وجيزة من التضخم بعد الانفجار الكبير مباشرة، فإن العكس هو الصحيح في نظرية التضخم الأبدي، حيث يمثل الانفجار الكبير نهاية التضخم في الجزء الذي نعيش فيه من الفضاء، مما يخلق عالمنا الفقاعي الذي يستمر التضخم خارجه. تتنبأ النظرية بحدوث انفجارات كبيرة أخرى في أماكن أخرى تؤدي إلى ظهور أكوان أخرى -ربما عدد لا حصر له منها- جميعها منفصلة إلى الأبد عن بعضها البعض، وكلها منفصلة عن بعضها البعض بسبب الفضاء المتوسع باستمرار والتضخم السريع خارجها. ويشار إلى مجمل هذا الفضاء اللانهائي باسم الكون المتعدد، لتمييزه عن الأكوان الفقاعية الفردية.
ويرى بعض الفيزيائيين أن مثل هذه الفكرة تقع خارج إطار العلم الصحيح، لأننا لا نملك طريقة لاختبارها. هناك فكرتان أخريان جديرتان بالذكر حول مسألة ما إذا كان الانفجار الكبير قد حدد بداية الزمن أم لا، وكلاهما بديل لنظرية التضخم. الأول هو أن كوننا جزء من عملية متكررة تسمى علم الكونيات الدوري المطابق.
هذه الفكرة التي اقترحها روجر بنروزتشير هذه النظرية إلى أن كوننا يمر بسلسلة لا نهائية من الحيوات أو العصور، كل منها يبدأ بانفجار كبير وينتهي بكون في حالة توازن حراري، مملوء فقط بالإشعاع الحراري المنتشر بالتساوي. الفكرة هنا ليست، كما قد تتوقع، أن يصل الكون إلى الحد الأقصى من التوسع قبل أن ينهار إلى “الانسحاق الكبير” الذي يمثل بعد ذلك الانفجار الكبير في الحقبة التالية، ولكن بسبب فكرة هندسية دقيقة تسمى “الرسم المطابق” الذي يربط النهاية المختلفة تمامًا لكون واحد (بارد ومنتشر) مع ولادة الكون التالي (حار وكثيف).
تتضمن الاقتراحات الأخرى لزمن ما قبل الانفجار الكبير الكون المرآة، والذي يدور إلى ما لا نهاية من خلال التوسع والانكماش.
(حقوق الصورة: Curly_photo/Getty Images)
لن أتحدث أكثر عن هذه النظرية، خاصة وأنه قيل إنها تعاني من عدة عيوب، مثل مشكلة حفظ المعلومات (شبيهة بما يسمى مفارقة معلومات الثقب الأسود) وصعوبة التوفيق بين الإنتروبيا العالية في نهاية العصر القديم والإنتروبيا المنخفضة في العصر الجديد.
هناك فرضية ذات صلة، والتي أعترف أنني أجدها جذابة من الناحية الجمالية، تُعرف باسم نموذج الكون المتقلب. يعتمد الاسم على الكلمة اليونانية ekpyrosis (ἐκπύρωσι)، والتي تعني “الحريق”، والذي يشير إلى النموذج الكوني الذي اقترحه الفلاسفة الرواقيون في اليونان القديمة والذي يدور فيه الكون إلى ما لا نهاية من خلال الولادة النارية، والتوسع، والتبريد، يليها الانكماش، وإعادة التسخين، والولادة الجديدة.
اسم “الكون ekpyrotic” ابتكره أحد منشئي النظرية الحديثة، بول شتاينهارت. الفكرة تأتي من عالم رياضي للغاية لنظرية الأوتار. في الأساس، يشكل الفضاء ثلاثي الأبعاد بأكمله (والذي كما نعلم جزءًا من الزمكان رباعي الأبعاد) ما يسمى الغشاء ثلاثي الأبعاد (تعميم عالي الأبعاد لغشاء أو صفيحة ثنائية الأبعاد). هذا الغشاء ثلاثي الأبعاد الخاص بنا يطفو في مساحة ذات أبعاد أعلى (4D)، ويكون الانفجار الكبير عندما اصطدم مع غشاء مجاور (بمعنى ما، سيكون هذا كونًا آخر). يخلق هذا الاصطدام حرارة وإشعاعًا هائلين (الانفجار الكبير) ويؤدي إلى توسع فضائنا.
وفي الوقت نفسه، ينجرف بعيدًا عن الغشاء الآخر الذي اصطدم به، لكنه سيصل في النهاية إلى أقصى مسافة انفصال عنه قبل أن يتم سحبهما معًا مرة أخرى، ويصطدمان مرة أخرى في انفجار عظيم جديد. وهنا أود ببساطة أن أؤكد أنه إذا كانت هذه النظرية صحيحة، فربما لم تكن هناك بداية للزمن، وبالتأكيد ليس عند الانفجار الكبير.
ماذا لو كان هناك كون مرآة على الجانب الزمني الآخر من الانفجار الكبير، يتطور في اتجاه نعتبره نحو الماضي؟
نموذج كوني آخر، والذي يلغي أيضًا الحاجة إلى التضخم، بالإضافة إلى اقتراح أن الانفجار الكبير لم يكن بداية الزمن، تم اقتراحه من قبل منشئي فكرة الكون المتسارع، نيل توروك. لكن هذه الفكرة، المعروفة بنظرية “الكون المرآة”، مختلفة نوعًا ما. إنها فكرة جميلة، وهي بالتأكيد تحل مفارقة لوشميدت فيما يتعلق بالصراع بين التناظر الزمني والقانون الثاني للديناميكا الحرارية. نظرًا للمعادلات الأساسية الأساسية للفيزياء المتماثلة زمنيًا، فإن بدء تشغيل النظام في أي لحظة اعتباطية يعني أن إنتروبيا النظام يجب أن تزداد بالتساوي في الماضي كما تفعل في المستقبل.
حصريًا لـ Live Science Pro
ولكن هذا لا معنى له. إذا كان النظام في جميع الأوقات قبل اللحظة التعسفية التي اخترناها يتمتع بإنتروبيا أعلى، فعندئذ بدءًا من أي من تلك الأوقات السابقة يجب أن يشهد النظام انخفاضًا في الإنتروبيا من أجل الوصول إلى حالته في اللحظة التعسفية الأصلية. لذلك، لا يمكن أن يكون تعسفيًا؛ كان لا بد أن يكون النظام في حالة معدة خصيصًا في تلك اللحظة، لحظة الانفجار الكبير. لن تكون هناك زيادة في الإنتروبيا عند العودة إلى الوراء في الوقت المناسب إذا كان هذا هو الوقت الذي بدأ فيه الزمن.
ولكن ماذا لو كان هناك كون مرآة على الجانب الزمني الآخر من الانفجار الكبير، يتطور في اتجاه نعتبره نحو الماضي؟ وهذا بالضبط ما يقترحه توروك. الأمر الأنيق (أو المناسب، اعتمادًا على مدى إعجابك بهذه النظرية) هو أن كلا جانبي الانفجار الكبير منفصلان تمامًا عن بعضهما البعض، حيث يشير كل منهما إلى اتجاه زيادة الإنتروبيا. إذا كان هذا الكون المرآة موجودًا ويحتوي على حياة ذكية تصطدم أيضًا بفكرة الكون المرآة، فسيعتقدون أن جانبنا كان هو الذي كان قبل الانفجار الكبير بنفس الطريقة التي نعتقد بها أن جانبهم هو. بالإضافة إلى التخلص من التضخم، تشرح هذه الفكرة أيضًا بشكل ملائم سبب وجود مادة أكثر من المادة المضادة في كوننا، لأنه، خمن ماذا، فإن الكون المرآة سيأخذ الأمر في الاتجاه المعاكس: ما يسمونه المادة العادية هي المادة المضادة لدينا.
إلى أي مدى يجب أن نأخذ هذه النظريات الكونية على محمل الجد؟ هل هم حتى العلم الصحيح؟ يعرف أنصارها أنهم بحاجة إلى نوع من الأدلة التجريبية لدعم فرضياتهم، مثل بعض بصمات الواقع قبل الانفجار الكبير المتجمد في الخلفية الكونية الميكروية. لأنه بدون أدلة رصدية، ستبقى هذه الأفكار مجرد فضول نظري.
ساعدنا في تحسين Live Science Pro: نحن نحاول دائمًا تحسين المحتوى الخاص بنا. اترك لنا تعليقات حول Pro هنا.
مطبعة جامعة برينستون
في الوقت المحدد: الفيزياء التي تجعل الكون علامة
في هذا الكتاب الذي يغير العقل، يعالج جيم الخليلي المشاكل المستمرة للزمن بشكل مباشر، ويفحصها بعناية عبر الركائز الأساسية الثلاثة للفيزياء: ميكانيكا الكم، والنسبية العامة، والديناميكا الحرارية.
يقدم الخليلي حجة مقنعة مفادها أن الوقت حقيقي، وليس وهميًا، وأن سهم الزمن الرئيسي ليس مجرد خدعة لحواسنا، بل هو بالأحرى سمة أساسية للواقع تم دمجها في بنية كوننا منذ البداية.
