يُنظر إلى ستيفن هوكينج عن حق باعتباره أحد أكثر العلماء نفوذاً في عصرنا. في وقته على هذا الكوكب ، أصبح الفيزيائي الشهير ، والمتواصل العلمي ، والمؤلف والنجم اسمًا مألوفًا ، مرادفًا لأمثال أينشتاين ونيوتن وجاليليو. ما هو أكثر إثارة للإعجاب هو أنه تمكن من الحفاظ على التزامه بالعلوم والتعليم والجهود الإنسانية على الرغم من معاناته من مرض بطيء ومتدهور.
على الرغم من وفاة هوكينج مؤخرًا ، إلا أن تأثيره لا يزال محسوسًا. قبل وفاته بفترة وجيزة ، قدم هوكينج ورقة تقدم نظريته النهائية حول أصول الكون. تقدم الورقة ، التي تم نشرها في وقت سابق من هذا الأسبوع (يوم الأربعاء 2 مايو) ، نظرة جديدة على نظرية الانفجار الكبير التي يمكن أن تحدث ثورة في طريقة تفكيرنا في الكون ، وكيف تم إنشاؤه ، وكيف تطورت.
ونشرت الورقة بعنوان "خروج سلس من التضخم الأبدي؟" في مجلة فيزياء الطاقة العالية.تم الإعلان عن النظرية لأول مرة في مؤتمر في جامعة كامبريدج في يوليو من العام الماضي ، حيث شارك البروفيسور توماس هيرتوج (الفيزيائي البلجيكي في جامعة KU Leuven) في ورقة هوكينج (التي شارك هيرتوج في تأليفها) بمناسبة عيد ميلاده الخامس والسبعين.
وفقًا للإجماع العلمي الحالي ، ظهرت جميع المواد الحالية والماضية في الكون في نفس الوقت - منذ حوالي 13.8 مليار سنة. في هذا الوقت ، تم ضغط كل المادة في كرة صغيرة جدًا ذات كثافة لا متناهية وحرارة شديدة. فجأة ، بدأت هذه الكرة تنتفخ بمعدل أسي ، وبدأ الكون كما نعرفها.
ومع ذلك ، يُعتقد على نطاق واسع أنه منذ بدء هذا التضخم ، فإن التأثيرات الكمية ستستمر إلى الأبد في بعض مناطق الكون. هذا يعني أنه على الصعيد العالمي ، يكون تضخم الكون أبديًا. في هذا الصدد ، فإن الجزء الذي يمكن ملاحظته من كوننا (قياس 13.8 مليار سنة ضوئية في أي اتجاه) هو مجرد منطقة انتهى فيها التضخم وشكلت النجوم والمجرات.
كما أوضح هوكينج في مقابلة مع جامعة كامبريدج الخريف الماضي:
"النظرية المعتادة للتضخم الأبدي تتنبأ بأن كوننا على مستوى العالم يشبه كسورية غير محدودة ، مع فسيفساء من أكوان جيب مختلفة ، مفصولة بمحيط منتفخ. يمكن أن تختلف القوانين المحلية للفيزياء والكيمياء من كون جيب واحد إلى آخر ، والتي تشكل معًا أكوانًا متعددة. لكنني لم أكن أبدًا من محبي الأكوان المتعددة. إذا كان حجم الأكوان المختلفة في الأكوان المتعددة كبيرًا أو لا نهائيًا ، فلا يمكن اختبار النظرية. "
في ورقتهم الجديدة ، يقدم Hawking و Hertog نظرية جديدة تتنبأ بأن الكون ليس الأكوان المتعددة اللامحدودة الشبيهة بالفركتلات ، ولكنه محدود وسلس بشكل معقول. باختصار ، يعتقدون أن التضخم الأبدي ، كجزء من نظرية الانفجار الكبير ، خطأ. كما أوضح Hertog:
"إن المشكلة في الحساب المعتاد للتضخم الأبدي هي أنه يفترض كونًا خلفيًا موجودًا يتطور وفقًا لنظرية آينشتاين عن النسبية العامة ويعامل التأثيرات الكمية على أنها تقلبات صغيرة حول هذا. ومع ذلك ، فإن ديناميكيات التضخم الأبدي تقضي على الفصل بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الكمية. ونتيجة لذلك ، تنهار نظرية آينشتاين في التضخم الأبدي ".
على النقيض من ذلك ، يقدم Hawking و Hertog شرحًا قائمًا على نظرية الأوتار ، فرع من الفيزياء النظرية يحاول توحيد النسبية العامة مع فيزياء الكم. تم اقتراح هذه النظرية لشرح كيفية تفاعل الجاذبية مع القوى الأساسية الثلاثة الأخرى للكون (القوى النووية الضعيفة والقوية والكهرومغناطيسية) ، وبالتالي إنتاج نظرية كل شيء (ToE).
ببساطة ، تصف هذه النظرية المكونات الأساسية للكون على أنها سلاسل اهتزازية صغيرة أحادية البعد. يستخدم منهج هوكينج وهيرتوج مفهوم الهولوغرافيا لنظرية الأوتار ، التي تفترض أن الكون هو صورة ثلاثية الأبعاد كبيرة ومعقدة. في هذه النظرية ، يمكن اختزال الواقع المادي في بعض المساحات ثلاثية الأبعاد حسابيًا إلى إسقاطات ثنائية الأبعاد على سطح.
طور كل من هوكينج وهيرتوج معًا تنوعًا في هذا المفهوم لإبراز بُعد الوقت في التضخم الأبدي. هذا مكنهم من وصف التضخم الأبدي دون الحاجة إلى الاعتماد على النسبية العامة ، وبالتالي تقليل التضخم إلى حالة خالدة محددة على سطح مكاني في بداية الوقت. في هذا الصدد ، تمثل النظرية الجديدة تغييرًا من عمل هوكينج السابق على "نظرية عدم الحدود".
تُعرف هذه النظرية أيضًا باسم اقتراح هارتل وهوكينج نو باوناري ، وقد اعتبرت الكون مثل جسيم كمي - حيث أعطته دالة موجية تصف جميع الأكوان الممكنة. تنبأت هذه النظرية أيضًا أنه إذا عدت في الوقت المناسب إلى بداية الكون ، فسوف تتقلص وتغلق مثل المجال. وأخيرًا ، تنبأ بأن الكون سيتوقف في نهاية المطاف عن التوسع والانهيار على نفسه.
كما يوضح Hertog ، هذه النظرية الجديدة هي خروج عن العمل السابق:
"عندما نتتبع تطور كوننا إلى الوراء بمرور الوقت ، نصل في مرحلة ما إلى عتبة التضخم الأبدي ، حيث يتوقف مفهومنا المألوف للوقت عن أي معنى. الآن نقول أن هناك حدود في ماضينا ".
باستخدام هذه النظرية ، تمكن هوكينج وهيرتوج من استنباط تنبؤات أكثر موثوقية حول البنية العالمية للكون. بالإضافة إلى ذلك ، توقع الكون أن يخرج من التضخم الأبدي على الحدود الماضية هو أيضًا محدود وأبسط بكثير. أخيرًا وليس آخرًا ، النظرية أكثر تنبؤية وقابلة للاختبار من الكون المتعدد اللامتناهي الذي تنبأت به النظرية القديمة للتضخم الأبدي.
قال هوكينج: "نحن لسنا في عالم واحد فريد ، لكن النتائج التي توصلنا إليها تشير إلى انخفاض كبير في الأكوان المتعددة ، إلى مجموعة أصغر بكثير من الأكوان المحتملة". من الناحية النظرية ، الكون المحدود والسلس هو عالم يمكننا ملاحظته (على الأقل محليًا) وسيحكمه قوانين فيزيائية نعرفها بالفعل. بالمقارنة مع عدد لا نهائي من الأكوان التي تحكمها قوانين فيزيائية مختلفة ، فإنه بالتأكيد يبسط الرياضيات!
وبالنظر إلى المستقبل ، تخطط Hertog لدراسة آثار هذه النظرية على المقاييس الأصغر باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة التلسكوبات الفضائية حول الكون المحلي. بالإضافة إلى ذلك ، يأمل في الاستفادة من الدراسات الحديثة المتعلقة بموجات الجاذبية (GWs) والعديد من الأحداث التي تم الكشف عنها. بشكل أساسي ، يعتقد Hertog أن GW البدائية التي تم إنشاؤها عند الخروج من التضخم الأبدي هي أكثر الوسائل الواعدة لاختبار النموذج.
نظرًا لتوسع كوننا منذ الانفجار الكبير ، سيكون لهذه GWs أطوال موجية طويلة جدًا ، تلك التي تقع خارج النطاق الطبيعي لمرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO) أو كاشفات العذراء. ومع ذلك ، فإن هوائي الفضاء الفضائي لقياس التداخل بالليزر (LISA) - وهي خطة بقيادة وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) لمرصد موجات الجاذبية الفضائية - قد تكون قادرة على قياسها.
على الرغم من أنه أطول معنا ، قد تكون نظرية هوكينج النهائية مساهمته العميقة في العلوم. إذا أثبتت الأبحاث المستقبلية أنه على صواب ، فسيكون هوكينج قد حل واحدة من أكثر المشاكل المروعة في الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات الحديثين. مجرد إنجاز آخر من رجل قضى حياته يغير كيف يفكر الناس في الكون!
