كيف يمكن للكون المنتفخ أن يخلق الأكوان المتعددة

صورة بالأشعة تحت الحمراء لكوكبة كارينا تم التقاطها بواسطة التلسكوب WISE.

(الصورة: © NASA / JPL-Caltech / UCLA)

بول م. سوتر فيزيائي فلكي في جامعة ولاية أوهايومضيف "اسأل رائد فضاء" و "راديو الفضاء، "ومؤلف"مكانك في الكونساهم سوتر في هذا المقال أصوات خبراء Space.com: Op-Ed & Insights.

إنها مفضلة خيال علمي دائم: عوالم أخرى ، أكوان أخرى ، إمكانيات أخرى ، مباشرة خارج حدود الكون المعروف أو مجرد نقرة من جهاز سحري بعيدًا. ربما تكون العوالم الأخرى متشابهة بشكل غريب إلى حد ما باستثناء بعض التغيير الطفيف الغريب في التاريخ. ربما تكون مختلفة تمامًا ، مع أنواع جديدة وغريبة ورائعة من الحياة. ربما تكون مختلفة جدًا بحيث لا تنطبق القواعد الأساسية للفيزياء هناك.

أنا أتحدث بالطبع عن الأكوان المتعددة - إمكانية وجود أكوان مميزة أخرى في مكان ما هناك.

لكن هل هم موجودون؟

تهب فقاعات

تبرز فكرة الأكوان المتعددة في عدد قليل من المجالات المختلفة للعلم والفلسفة وحتى الدين. داخل الفيزياء نفسها ، تظهر إمكانية عوالم أخرى في ميكانيكا الكم (خاصة من خلال تفسير "عوالم عديدة" ، حيث تتفرع كل نتيجة عشوائية في تفاعل من أكوان جديدة حيث تتحقق كل نتيجة) ونظرية الأوتار (التي فيها ترتيبات مختلفة من الأبعاد الإضافية الصغيرة الملفوفة تؤدي إلى فيزياء مختلفة في الأكوان الخاصة بهم).

هذه الأفكار ممتعة للحديث عنها ، ولكن ربما يكون الطريق الأكثر إغراءً للكون المتعدد هو من خلال فهمنا للحظات الأولى للكون نفسه: فترة التضخم.

كما يمكننا أن نقول ، خضع الكون المبكر للغاية لفترة من التوسع السريع بشكل لا يصدق: التضخم. يفترض العلماء أن هذه الحقبة كانت مدفوعة بحقل كمّي غريب - طاقة فقاعية مزعجة مخبوزة في فراغ الزمكان نفسه - والتي تسببت في تمزيق الكون تقريبًا مع شدة توسعه. ولكن سرعان ما فقد هذا المجال حيويته وانحسر في سرب الجسيمات التي تعيش الآن في عالم اليوم.

لقد كانت أكوان متعددة في عصر التضخم هذا كان لديه فرصة مناسبة للظهور. تخيلوا الكون المبكر الذي يهيمن عليه التضخم باعتباره رغيفًا ضخمًا لارتفاع الخبز. القصة التي أخبرتها للتو تفترض أن التضخم يبدأ ويتوقف بشكل موحد في جميع أنحاء الكون. يتوقف الرغيف بأكمله عن الارتفاع في نفس اللحظة بالضبط.

لكن مهما كان الدافع وراء التضخم كان مجالًا كميًا ، مما يعني أنه لا يمكننا افتراض أن الأمور بسيطة جدًا. كانت بعض أجزاء الحقل أكثر نشاطًا بشكل عشوائي من غيرها ، في حين كانت البقع الأخرى أكثر هدوءًا. هذه فقط الطبيعة العشوائية للحياة في عالم الكم.

لذا رغيف الخبز ليس متجانسًا تمامًا. قد تتوقف بعض أجزاءه عن الارتفاع ، وتضغط على نفسها وتعزل نفسها ، في حين يستمر باقي الرغيف في الارتفاع. وبما أنه سيكون هناك دائمًا جزء من الرغيف يرتفع بشكل أسرع من المتوسط ​​، يمكنك الآن تخيل رغيف خبز يستمر في الارتفاع إلى الأبد ، مع وجود قطع وجيوب صغيرة هنا وهناك بشكل عشوائي يمسك جزءًا بطيئًا ويقرص نفسه.

كل واحدة من هذه البتات المنفصلة هي كونها الفريدة الخاصة بها ، مجرد فقاعة واحدة من العديد من الأكوان المتعددة. والأكثر من ذلك ، أن تفاصيل نهاية التضخم تحدد مجموعة من الخصائص الفيزيائية المهمة ، مثل قوة قوى الطبيعة وكتل الجسيمات (تعتمد التفاصيل على نموذج معين للتضخم). نحن نتحدث عن أشياء مثل كتلة الإلكترون وعدد أنواع الجسيمات. أشياء مهمة حقا.

ونظرًا لأن كل من هذه الأكوان المنضغطة ، تنهي أكوان الفقاعات التضخم بطريقتها الفريدة والخاصة ، فإن كلًا من أكوان الفقاعات يحصل على مجموعته الفريدة من الفيزياء.

إجابات متقاطعة

نظرًا لأن رغيف الخبز بأكمله يستمر في الارتفاع (نظرًا لوجود جزء منه دائمًا بمعدل تضخم أسرع من المتوسط) ، فسرعان ما تحصل على مجموعة كبيرة من الأكوان تتناثر حول بعضها البعض. أكوان متعددة. كل كون مغلق بشكل أساسي إلى الأبد عن الآخرين. ومع ذلك ، هناك بعض الحالات التي يمكن أن تتقاطع فيها.

إذا كان عالما ينفصلان قريبًا نسبيًا بعد بعضهما البعض ، وكانا قريبين نسبيًا من بعضهما البعض ، فقد يتقاطعان لفترة وجيزة قبل أن يتضخما بعيدًا عن بعضهما البعض إلى الأبد. وإذا فعلوا ذلك ، قد يترك هذا التقاطع بصمة في خلفية الميكروويف الكونية من هذه الأكوان ، القشرة الأحفورية المتبقية من الضوء عندما كان الكون طفلاً عمره 380.000 سنة.

تخيل فقاعتي صابون يفرك كل منهما الآخر. ستأخذ هذه البصمة شكل دائرة ذات مظهر غريب في السماء (حيث تعتمد "الغرابة" على نوع الكون الذي قد نتقاطع معه). بطبيعة الحال ، لم نعثر على أي آثار لهذه الأكوان المتعددة.

بدون دليل مباشر ، من الصعب الحكم على جدوى فكرة الأكوان المتعددة من التضخم. يمكن أن يكون نتيجة عامة لجميع نظريات التضخم ، لذلك إذا تمكنا من العثور على أدلة أقوى على التضخم ، فقد نثبت أيضًا وجود الأكوان المتعددة. لكن في الوقت الحالي ، نحن لا نفهم تمامًا آليات التضخم ، لذلك ليس هناك الكثير لاستمراره.

وهنا سؤال آخر للتفكير فيه. إذا قمت بتغيير فيزياء كوننا قليلاً ، فستكون الحياة كما نعلمها مستحيلة. لماذا نجد أنفسنا في مثل هذا الكون الخاص ، حيث يمكن أن يعيش نوع حياتنا؟ هل ربما بسبب كل الفقاعات في الأكوان المتعددة ، بالطبع نجد أنفسنا في واحدة من القلائل القادرة على إثارة الذكاء؟ (وإلا لما كنا على علم بذلك.) أم أنه شيء أعمق بكثير؟ هل هذا سؤال حتى للعلم؟

ربما يوجد عالم آخر لديه كل الإجابات.

تعرف على المزيد من خلال الاستماع إلى الحلقة "هل نعيش في الأكوان المتعددة؟" على بودكاست "اسأل فضاء" ، متاح علىاي تيونز وعلى الويب فيhttp://www.askaspaceman.com. بفضلProducerEv و Matthew A. و Tom S. و Taha و Oliver H. و Wally H. و Christiaan D. و Keith G. و Alex Z. و Murtaza P. و Kent L. و Gabi P. و Slinkerdeer للأسئلة التي أدت إلى هذه القطعة! اطرح سؤالك الخاص على Twitter باستخدام #AskASpaceman أو باتباع Paul PaulMattSutter و facebook.com/PaulMattSutter.

• الأكوان الموازية: النظريات والأدلة
• مواجهة الأكوان المتعددة: ماذا تعني "الأكوان اللانهائية"
• الكون المتعدد أو الكون؟ مناقشة الفيزيائيين