نظرية ستيفن هوكينج النهائية حول الانفجار العظيم

مفهوم الكون المتوسع

نُشرت نظرية البروفيسور ستيفن هوكينغ النهائية حول أصل الكون ، والتي عمل عليها بالتعاون مع البروفيسور توماس هيرتوج من جامعة لوفين ، في عام 2018 في مجلة فيزياء الطاقة العالية.

النظرية ، التي تم تقديمها للنشر قبل وفاة هوكينغ في وقت سابق من عام 2018 ، تستند إلى نظرية الأوتار وتتوقع أن الكون محدود وأبسط بكثير مما تقوله العديد من النظريات الحالية حول الانفجار العظيم.

أعلن البروفيسور هيرتوج ، الذي تم دعم عمله من قبل مجلس البحوث الأوروبي ، لأول مرة عن النظرية الجديدة في مؤتمر في جامعة كامبريدج في يوليو 2017 ، تم تنظيمه بمناسبة عيد ميلاد البروفيسور هوكينج الخامس والسبعين.

تتنبأ النظريات الحديثة للانفجار الأعظم بأن كوننا المحلي نشأ مع اندفاع قصير من التضخم – بعبارة أخرى ، بعد جزء صغير من الثانية بعد الانفجار الأعظم نفسه ، توسع الكون بمعدل أسي. ومع ذلك ، يُعتقد على نطاق واسع أنه بمجرد أن يبدأ التضخم ، هناك مناطق لا يتوقف فيها أبدًا. يُعتقد أن التأثيرات الكمومية يمكن أن تبقي التضخم مستمرًا إلى الأبد في بعض مناطق الكون بحيث يكون التضخم عالميًا أبديًا. عندئذٍ سيكون الجزء المرئي من كوننا مجرد كون مضياف للجيب ، منطقة انتهى فيها التضخم وتشكلت النجوم والمجرات.

قال هوكينغ في مقابلة أجريت معه في عام 2017: “تتنبأ النظرية المعتادة للتضخم الأبدي بأن كوننا عالميًا يشبه كسورية لانهائية ، مع فسيفساء من أكوان الجيب المختلفة ، مفصولة بمحيط متضخم”. “القوانين المحلية للفيزياء والكيمياء يمكن تختلف من عالم الجيب إلى آخر ، والتي ستشكل معًا كونًا متعددًا. لكنني لم أكن أبدًا من محبي الأكوان المتعددة. إذا كان حجم الأكوان المختلفة في الأكوان المتعددة كبيرًا أو لانهائيًا ، فلا يمكن اختبار النظرية. “

في ورقتهم البحثية ، يقول هوكينج وهيرتوج إن هذا التفسير للتضخم الأبدي كنظرية للانفجار الأعظم خاطئ. قال هيرتوج: “تكمن مشكلة التفسير المعتاد للتضخم الأبدي في أنه يفترض وجود كون في الخلفية يتطور وفقًا لنظرية أينشتاين للنسبية العامة ويتعامل مع التأثيرات الكمومية كتقلبات صغيرة حول هذا”. ومع ذلك ، فإن ديناميكيات التضخم الأبدي تمحو الفصل بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الكمومية. نتيجة لذلك ، تنهار نظرية أينشتاين في التضخم الأبدي “.

“نتوقع أن كوننا ، على المقاييس الأكبر ، سلس بشكل معقول ومحدود عالميًا. قال هوكينج “إذن فهو ليس بنية كسورية”.

تستند نظرية التضخم الأبدي التي طرحها هوكينج وهيرتوج إلى نظرية الأوتار: فرع من الفيزياء النظرية يحاول التوفيق بين الجاذبية والنسبية العامة مع فيزياء الكم ، جزئيًا عن طريق وصف المكونات الأساسية للكون على أنها أوتار متذبذبة صغيرة. يستخدم نهجهم مفهوم نظرية الأوتار في التصوير المجسم ، والذي يفترض أن الكون عبارة عن صورة ثلاثية الأبعاد كبيرة ومعقدة: يمكن تقليل الواقع المادي في بعض المساحات ثلاثية الأبعاد رياضيًا إلى إسقاطات ثنائية الأبعاد على السطح.

طور هوكينج وهيرتوج نوعًا مختلفًا من مفهوم التصوير المجسم هذا لإبراز البعد الزمني في التضخم الأبدي. هذا مكنهم من وصف التضخم الأبدي دون الحاجة إلى الاعتماد على نظرية أينشتاين. في النظرية الجديدة ، يتم تقليل التضخم الأبدي إلى حالة خالدة محددة على سطح مكاني في بداية الوقت.

قال هيرتوج: “عندما نتتبع تطور كوننا إلى الوراء عبر الزمن ، فإننا نصل في مرحلة ما إلى عتبة التضخم الأبدي ، حيث يتوقف مفهومنا المألوف عن الوقت عن أي معنى”.

تنبأت نظرية هوكينج السابقة “بلا حدود” أنه إذا عدت بالزمن إلى بداية الكون ، فإن الكون ينكمش وينغلق مثل الكرة ، لكن هذه النظرية الجديدة تمثل خطوة بعيدًا عن العمل السابق. قال هيرتوج: “نحن نقول الآن أن هناك حدودًا في ماضينا”.

استخدم Hertog و Hawking نظريتهم الجديدة لاشتقاق تنبؤات أكثر موثوقية حول البنية العالمية للكون. لقد توقعوا أن الكون الذي ينشأ من التضخم الأبدي على الحدود السابقة محدود وأبسط بكثير من التركيب الفركتلي اللانهائي الذي تنبأت به النظرية القديمة للتضخم الأبدي.

نتائجهم ، إذا تم تأكيدها من خلال مزيد من العمل ، سيكون لها آثار بعيدة المدى على نموذج الأكوان المتعددة. قال هوكينج: “نحن لا نعتمد على كون واحد فريد من نوعه ، لكن نتائجنا تشير ضمنيًا إلى انخفاض كبير في الكون المتعدد ، إلى نطاق أصغر بكثير من الأكوان المحتملة”.

هذا يجعل النظرية أكثر توقعًا وقابلية للاختبار.

يخطط Hertog الآن لدراسة الآثار المترتبة على النظرية الجديدة على نطاقات أصغر في متناول تلسكوباتنا الفضائية. يعتقد أن البدائي موجات الجاذبية – تموجات في الزمكان – المتولدة عند الخروج من الانتفاخ الأبدي تشكل “مسدس دخان” واعد لاختبار النموذج. إن تمدد كوننا منذ البداية يعني أن مثل هذه الموجات الثقالية سيكون لها أطوال موجية طويلة جدًا ، خارج نطاق التيار ليغو كاشفات. ولكن يمكن سماعها بواسطة مرصد الموجات الثقالية الفضائي الأوروبي المخطط له ، LISA ، أو يمكن رؤيتها في التجارب المستقبلية التي تقيس الخلفية الكونية الميكروية.

المرجع: “خروج سلس من التضخم الأبدي؟” بقلم SW Hawking و Thomas Hertog ، 27 أبريل 2018 ، مجلة فيزياء الطاقة العالية.
DOI: 10.1007 / JHEP04 (2018) 147

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *