جهان چرخه‌ای اکپیروتیک

دیدارنیوز _ سروش زمانی مقدم: در میان نقاط عطف و لحظات زیبا در تاریخ علم، قطعا ماجرا‌های نظریه ریسمان، یکی از جالبترین آنهاست.

علیرغم آنکه خاستگاه اولیه نظریه ریسمان به لحاظ تاریخی، ریشه در مسائلی از فیزیک هسته‌ای و پس از آن در فیزیک ذرات دارد، اما امروزه وسیعترین کاربرد‌ها و پیشگویی‌های این نظریه در کیهانشناسی می‌باشد!

در ادامه نیز می‌خواهیم بطور اجمالی به بحث در مورد یکی از همین پیشگویی‌های زیبا بپردازیم.

بر مبنای آنچه که امروزه و بر حسب مشاهدات غیرمستقیم از مهبانگ می‌دانیم، کیهان باید علی الاصول، از نقطه‌ای بسیار چگال شروع شده باشد.

اما جالب آنست که علیرغم این پیش بینی‌هایی که البته دلایل بسیار محکمی هم برای آن‌ها داریم، نظریات ما هیچ توصیفی از خود مهبانگ و آن نقطه احتمالی شروع اولیه ندارند، چراکه این نظریات، پیش بینی کننده بی نهایت‌های نامطلوبی هستند که در نتیجه وجود آنها، هرگونه توصیفی از مهبانگ برایمان ناممکن می‌شود.

همچنین نظریه مهبانگ عملا در ارائه توضیحی برای علت شروع انبساط در عالم نیز ناتوان است.

با این اوصاف احتمالا در ذهنمان صحبت از وقایع قبل از بیگ بنگ، بیشتر در حکم خیال و یا داشتن توقع بیش از حد، جلوه می‌نماید!

در واقع در نظر بسیاری از فیزیکدانان، اصولا بخاطر آنچه که مشاهده ناپذیر و یا ابطال ناپذیر بودن نامیده می‌شود، و یا به بیان دیگر، به جهت آنکه راهی برای گسترش دادن نظریاتمان به قبل از مهبانگ نداریم، صحبت از آنچه که احتمالا قبل از بیگ بنگ رخ داده، غیر علمی تلقی شده است.

این درحالیست که از آنطرف، برخی دیگر از بزرگان علم نیز بر این نکته مهم صحه گذاشته اند که بالاخره اگر چنین سوالاتی را مطرح نکنیم، هیچ زمان نیز امکان گشودن پنجره‌ای برای پرتو افکندن به آن نادانسته‌های تاریک نخواهیم داشت!

لذا چه باک حتی اگر در نگاه اول این قبیل سوالات علمی نباشند!

در عوض، اولا دستکم چنین تفکرانی زاییده‌های غیر علمی اذهانی علمی می‌باشند، ثانیا نشانگر تلاش آدمی برای درک عالم بوده که به نقل از "استیون واینبرگ"، چنین تلاشی از معدود چیزهاییست که زندگی آدمی را از حد مضحکه فراتر برده و به آن بهره‌ای از تراژدی می‌بخشد!

بالاخص شهامت پرسیدن چنین سوالاتی از آنجا ناشی می‌شود که محتمل است که نظریه ریسمان، پاسخ‌هایی برای کیهان قبل از بیگ بنگ و دلایل ایجاد مهبانگ داشته باشد!

اما مدل جهان چرخه‌ای اکپیروتیک به چه معناست و چه می‌گوید؟

این واژه نامانوس، از واژه‌ای یونانی با نام "اکپیروسیس" گرفته شده است که به معنای "زایش عالم از آتش" می‌باشد!

براستی انتخاب چنین نام پرطمطراق با چنین مفهومی چه معنایی می‌تواند برای یک نظریه مدرن داشته باشد؟

این نکته‌ای است که در ادامه بحث به آن خواهیم پرداخت، اما بهتر است که ابتدا اشاره‌ای اجمالی به شکل ابتدایی مدل چرخه‌ای جهان داشته باشیم و پس از آن به تفسیر جدید نظریه ریسمانی آن، یا شکل اکپیروتیک مدل مذکور نظر بیافکنیم.

در واقع کمی کمتر از صد سال پیش، یکی از مشهورترین مدل‌های کیهانشناسی، جهان چرخه‌ای بود که در آن با فرض کافی دانستن مقدار ماده در عالم، تصور می‌شد که در نهایت نیروی گرانش، بر انبساط عالم غلبه خواهد کرد، و سپس با شروع فاز انقباضی، همه ماده موجود در کیهان، در انقباضی شتابان، دوباره به همان نقطه شروع چگال اولیه برخواهد گشت و آنگاه در یک چرخه یا بازجست جدید کیهانی، عالم بار دیگر دوره انبساطی خود را آغاز خواهد کرد!

به بیان دیگر، در این مدل، عالم در حال انبساط کنونی، تنها برهه زمانی خاصی می‌باشد که به دنبال انقباض قبلی به وجود آمده است و لذا علی الاصول، اگر به گذشته بنگریم، بی هیچ آغازی و بصورتی نوسانی، شاهد دور بی پایانی از انبساط و انقباض، تا گذشته نامتناهی خواهیم بود.

در نتیجه، در این مدل نه تنها بیگ بنگ می‌توانست همچنان درست باشد، بلکه طی یک چرخه همیشگی انبساطی و انقباضی، جهان همچنان ابدی باقی می‌ماند!

اما درست در لحظه‌ای که همه چیز خوب و بی مشکل جلوه می‌نمود، مشکلات سر بر آوردند، چراکه این مدل با مشکل نظری مهمی روبرو بود!

کیهان تابع قوانین ترمودینامیک است!

از آنجایی که در هر چرخه کیهانی، باید میزان بی نظمی در عالم، تحت عنوان کمیتی ترمودینامیکی موسوم به آنتروپی، افزایش یابد، در نتیجه اگر عالم بی نهایت چرخه مذکور را طی کرده باشد، اولا همه نواحی عالم باید بیشترین مقدار بی نظمی ممکن را داشته باشند و در نتیجه، در حالتی با بی نظمی بی نهایت و ساختاری یکسان، کل نواحی عالم باید در تعادل گرمایی با یکدیگر نیز باشند!

در نتیجه، ترمودینامیک دست عالم را برای آنکه بتواند چنین تجربه‌ای را بی نهایت بار داشته باشد، می‌بندد!

حال می‌توان بطور خلاصه به مدل جدیدتر جهان چرخه‌ای اکپیروتیک، مبتنی بر کیهانشناسی پوسته‌ای یا غشایی، که البته هنوز هم آنچنان مورد اجماع قطعی فیزیکدانان نیست، پرداخت.
 مدلی که در بین سایر مدل‌های غیر تورمی کیهان، به عنوان مهمترین آن‌ها نیز شناخته می‌شود.

این یکی دیگر از همان بخش‌های جالب تاریخ پرفرازونشیب علم است که بخش‌های زیادی از نظریه اکپیروتیک و همچنین در مقابل آن، نظریه "تورم دائمی" توسط یک نفر با نام "پل اشتینهارت" ارائه شده اند.

البته مدل تورم ابدی نیز از مدل‌های تورمی توسعه یافته از نظریه مهبانگ است که در آن فرض می‌شود که فاز تورمی انبساط جهان، دستکم در برخی نواحی کیهان، پیوسته ادامه خواهد یافت.

در مدل اکپیروتیک، جهان ما به جهت برخورد پوسته‌ها یا برین (Brane) ها، که دیگر موجودات نظریه ریسمان‌ها هستند، بوجود آمده است بطوریکه ماده و تابش جهان، ناشی از انرژی جنبشی آزاد شده از برخورد دو غشاست!

در این مدل، غشا‌ها ممکن است در چندین جا برای بوجود آوردن جهان، بهم برخورد کنند.

برای درک تصویری از این وضعیت غالبا مثال "دو ملحفه" راهگشاست.

فرض کنید دو ملحفه را که بسیار نزدیک هم قرار دارند، با سرعت تکان دهیم.

در اینصورت از آنجایی که دلیلی ندارد که ملحفه ها، تنها در یک نقطه با هم برخورد کنند، در نتیجه آن‌ها حتما نه در یک نقطه، بلکه در نقاط بسیاری با هم برخورد خواهند کرد و در نتیجه اگر ملحفه‌های مذکور، همان غشا‌های دو بعدی (Brane-۲) نظریه ریسمان باشند، هر نقطه برخورد بین آن دو، جهانی را با شرایط اولیه خاص خود ایجاد خواهد کرد!

به بیان دیگر طبق این سناریو، محتمل است که جهان‌های دیگری در نقاط مختلف دیگر، در حال انبساط باشند، ایده‌ای که بطور منطقی، مقدمه‌ای بر نوعی از سناریو‌های "جهان‌های موازی" نیز می‌باشد!

بیشتر بخوانید: ساختارهای متفاوت جهان‌های فیزیکی

در نتیجه میتوان به بیان دقیق‌تر اینطور نتیجه گرفت که احتمالا جهان پیش از مهبانگ، که به احتمال زیاد برخلاف جهان فعلی ما، به سه بعد مکانی نیز محدود نبوده است، توده‌ای از غشاء ها، ریسمان ها، پاد غشاء‌ها و پاد ریسمان‌ها بوده است.

آنگاه در نتیجه برخورد ریسمان‌ها و پاد ریسمانها، به تشابه با برخورد ماده و پادماده، ریسمان نیز از بین می‌رود و از سیستم مقید آزاد می‌شود.

پاد ریسمان‌ها نیز همان ریسمان‌هایی هستند که در خلاف جهت ریسمان‌ها پیچیده شده اند.

همانطور که در ابتدا ذکر شد، از آنجایی که این برخوردها، تامین کننده انرژی و حکم سوخت موتور کیهان را دارند، این مدل، اکپیروتیک یا جهان زاده شده از آتش، نامیده می‌شود که در حال حاضر بهتر می‌توان معنای آن را که در ابتدا ذکر کردیم، درک کرد.

اما در این بین می‌توان به مزیت دیگر مدل چرخه‌ای اکپیروتیک جدید نیز اشاره کرد و آن اجتناب از مشکل نظری ترمودینامیکی است که به عنوان مشکل آنتروپی از آن یاد شد.
‌
می‌توان نشان داد که اندازه هر عالم در چرخه، از اندازه عالم قبل از آن بزرگ‌تر است و در نتیجه از آنجایی که حجم عالم اضافه می‌شود، آنتروپی کل آن در هر چرخه می‌تواند دستخوش ازدیاد شود و این اتفاق بدون آنکه هیچ وقت آنتروپی کیهان، به حالت آنتروپی بیشینه برسد، اتفاق می‌افتد!

جالب آنکه در کنار حل شدن این مشکل نظری، می‌توان به مزیت‌های اصلی دیگر این نظریه نیز اشاره کرد.

در واقع برخی از نظریه پردازان عقیده دارند که در سناریوی مدل اکپیروتیک، نه تنها می‌توان همانند "نظریه تورمی"، به حل "مشکل تخت بودن" و "مساله افق" پرداخت، بلکه می‌توان توضیحی هم برای آنکه چرا جهان در ابتدا شروع شد، در نظر گرفت.

بیشتر بخوانید: نگاهی به نظریه جهان تورمی

در نهایت باید خاطر نشان کرد که هرچند بسیاری از پیش بینی‌های این نظریه و نتایج ثانویه آن‌ها اثبات قطعی نشده است و یا بعضا مورد اجماع نهایی نظریه پردازان نیست، اما برخی از مزیت‌های این نظریه، که بعضا در بین بزرگان نظریه ریسمان به نام‌های دیگری همچون "صدای بزرگ" و یا "در هم کوبیدگی غشاء ها" از آن یاد می‌شود، باعث شده است که برخی از فیزیکدانان نه تنها آن را یک نظریه علمی بدانند، بلکه بخش اعظم پژوهش‌های خود را صرف کار بر روی مسائل مفهومی این نظریه کنند.

پر واضح است که آشکارسازی غیر مستقیم پیش بینی‌ها و تایید نهایی این نظریه در صورت امکان، چه تاثیرات شگرفی بر نگرش‌های فلسفی ما در مورد تحولات کیهان، ساختار عالم و ارتباط انسان و کیهان خواهد گذاشت و تا چه اندازه دید ما را نسبت به پایه‌های کیهانشناسی، دگرگون خواهد کرد.

در نهایت لازم است به این نکته نیز اشاره کرد که در بحثی که بصورت اجمالی و برای آشنایی با این نظریه ارائه شد، از اشاره به مبنای ریاضیاتی آن پرهیز شد و تنها به ذکر این نکته بسنده خواهیم کرد که ابعاد اضافی عالم در این نظریه نقشی تعیین کننده دارند