ماذا يمكننا أن نتعلم عن الكون من حيث المبدأ؟

أنا عالم كونيات ، وبعد محاضراتي أسمع مثل هذه الأسئلة غالبًا: ما هو خارج الكون؟ ما هو الكون الذي يتوسع فيه؟ هل ستتوسع إلى الأبد؟ هذه أسئلة طبيعية. ولكن هناك سؤال أعمق. في الواقع ، نريد أن نعرف ما يلي: هل هناك حدود لمعرفتنا؟ هل هناك حدود للعلوم؟

الجواب بالطبع - لا نعرف مقدما. لن نعرف ما إذا كانت حدود المعرفة موجودة ، ما لم نحاول التغلب عليها. حتى الآن ، لم يتم ملاحظة علاماتهم. هناك عقبات ، لكنها كلها مؤقتة. يقول لي البعض: "لن نعرف أبدًا كيف بدأ الكون. لن نعرف أبدًا ما حدث قبل الانفجار العظيم ". تظهر هذه العبارات تصورًا رائعًا يمكننا معرفته مسبقًا قائمة بكل شيء لا يمكننا اكتشافه. هذا ليس غير معقول فحسب ، بل لم يتم تأكيده أيضًا من خلال تاريخ العلوم بأكمله ، الذي لم يستوفِ بعد هذه القيود. في حالة علم الكونيات ، زادت معرفتنا حيث لم يكن أحد يتخيلها قبل 50 عامًا.


لا يمكننا رؤية اللانهاية ، مجال رؤيتنا محدود بـ 45.3 مليار سنة ضوئية. لكن هذا لا يمنعنا من فهم قوانين الطبيعة.

ولا يمكن القول أن الطبيعة لا تضع قيودًا على ما تتم ملاحظته وعلى كيفية مراقبة أي شيء. على سبيل المثال ، يحد مبدأ عدم اليقين Heisenberg من معرفتنا بحركة الجسيمات ، وتحد سرعة الضوء من نطاق مجال رؤيتنا أو طول المسار الذي يمكن أن يسافر في وقت معين. لكن هذه القيود تتحدث فقط عما لا نستطيع رؤيته ، وليس ما لا نستطيع التعرف عليه. لم يمنع مبدأ عدم اليقين فهم ميكانيكا الكم ، سلوك الذرات أو الجسيمات الافتراضية ، والتي ، على الرغم من أنها غير مرئية ، لا تزال موجودة.

تشير ملاحظة توسع الكون إلى أنه كانت هناك بعض البداية ، لأنه إذا استقررت مرة أخرى ، عند نقطة ما في الماضي ، سيركز كل شيء في الكون المرئي عند نقطة واحدة. في هذه اللحظة ، والمعروفة باسم الانفجار العظيم ، تتوقف قوانين الفيزياء المعروفة لنا عن العمل ، حيث لا يمكن دمج GR ، الذي يصف الجاذبية ، مع ميكانيكا الكم ، التي تصف الفيزياء على مقياس مجهري. لكن معظم العلماء لا يعتبرون هذا حاجزًا أساسيًا للمعرفة ، حيث من المرجح أن تصبح النسبية العامة جزءًا من نظرية كمية متسقة. نظرية الأوتار هي واحدة من الجهود الجارية في هذا الاتجاه.

مع هذه النظرية ، قد نتمكن من الإجابة على سؤال ما حدث قبل الانفجار العظيم. أبسط إجابة هي الأقل إرضاء. تربط SRT و GRT المكان والوقت في كيان واحد: الزمكان. إذا تم إنشاء مساحة خلال الانفجار الكبير ، فربما الوقت أيضًا. في هذه الحالة ، لم يكن هناك "من قبل". السؤال غير صحيح. بالطبع ، هذه ليست الإجابة الوحيدة الممكنة ، وعلينا أن ننتظر نظرية الكم للجاذبية وتأكيدها التجريبي قبل أن نثق في إجابتنا.

سؤال آخر هو ما إذا كان بإمكاننا معرفة ما يكمن وراء كوننا بمعنى الفضاء. ما هي حدود كوننا؟ يمكننا محاولة تخمين الإجابة. إذا ظهر الزمكان بشكل عفوي - والذي ، كما قلت في كتابي الأخير ، "الكون من لا شيء" يبدو محتملًا تمامًا - فإن طاقته الإجمالية صفر. يتم تعويض الطاقة الممثلة بالمادة بواسطة الطاقة الممثلة بمجالات الجاذبية. وبعبارة أخرى ، قد يأتي شيء من لا شيءإذا كان هناك شيء يساوي لا شيء. في الوقت الحالي ، يعتقد أن الكون ، الذي يمكن أن تكون طاقته الإجمالية صفرًا ، مغلقًا. مثل هذا الكون محدود ، ولكن ليس له حدود. تمامًا كما يمكنك السفر عبر سطح الكرة إلى الأبد دون مواجهة أي حدود ، فمن المحتمل أن تتحرك حول الكون. إذا نظرت بعيدًا بما يكفي في اتجاه واحد ، يمكنك رؤية قفاؤنا.

في الواقع ، هذا مستحيل ، لأن الكون المرئي ليس سوى جزء من حجم أكبر بكثير. هذا يرجع إلى ظاهرة التضخم. معظم الأكوان ذات الحجم المجهري التي تظهر تلقائيًا سوف تتراجع في الوقت المجهري ، ولن تكون موجودة لبلايين السنين. ولكن في بعض الحالات ، ستمنح المساحة الخالية طاقة ، وهذا سيتسبب في تمدد الكون بمعدل أسي ، على الأقل لفترة من الوقت. يعتقد أن فترة التضخم حدثت في اللحظات الأولى من توسع الانفجار العظيم ، وحالت دون انهيار الكون. في هذه العملية ، تضخم الكون لدرجة أنه من الناحية العملية يبدو الآن مسطحًا ولا نهاية له - تمامًا مثل حقل الذرة في كانساس يبدو لا نهاية له ، على الرغم من أنه يقع على كرة ضخمة تسمى الأرض. لذلك ، لا نرى ظهورنا ، ننظر إلى الفضاء ،على الرغم من أن كوننا قد يكون مغلقًا على أوسع نطاق. من حيث المبدأ ، بعد أن انتظرنا طويلًا بما فيه الكفاية ، يمكننا أن نرى كل شيء معًا ، ما لم يستأنف التضخم في كوننا الذي يمكن ملاحظته ، ولا نذهب إلى مكان ما في مناطق أخرى من الكون ، لا يمكن الوصول إليها بأعيننا.

فيما يتعلق باحتمال تعرض المناطق غير المرئية لنا حتى الآن (أو إلى الأبد) للتضخم ، فإن النظريات الحالية تصف هذا السيناريو بأنه الأكثر احتمالًا. إذا أشرنا إلى عبارة "كوننا" إلى تلك المساحة التي نرتبط بها ، أو التي سنتواصل معها يومًا ما ، فإن التضخم خارج هذه المنطقة يستمر في إنشاء عوالم أخرى. في منطقتنا ، يمكن أن يكون التضخم قصيرًا ، لكن المساحة المتبقية تتوسع بشكل كبير إلى الأبد ، وفي هذه العملية تنفصل المناطق المعزولة ، مثل منطقتنا ، عن التوسع أحيانًا ، حيث تتشكل مناطق معزولة من الجليد على سطح مياه تتدفق بسرعة إذا انخفضت درجة الحرارة إلى أقل من التجمد. سيكون لكل مثل هذا الكون بداية ، يشار إليها بنهاية التضخم في هذا الامتداد.في هذه الحالة ، قد لا تتزامن بداية كوننا مع بداية الوقت - سبب آخر للشك في أن الانفجار الكبير هو قيود على المعرفة.


اصطدام المجرات. ستتوقف هذه الظواهر يومًا ما ، وقد لا يعرف مراقبو المستقبل البعيد أبدًا مدى ديناميكية كوننا.

اعتمادًا على العملية التي تجبر الأكوان على التزحزح عن الفضاء الخلفي ، قد تختلف قوانين الفيزياء فيها. قررنا تسمية هذه المجموعة من الأكوان المحتملة بـ "الأكوان المتعددة". لقد ترسخت فكرة الأكوان المتعددة في المجتمع العلمي ، ليس فقط لأنها مستوحاة من التضخم ، ولكن أيضًا لأن إمكانية وجود العديد من الأكوان المختلفة ، كل منها له قوانينه الفيزيائية الخاصة به ، يمكن أن يفسر الاختلافات ، للوهلة الأولى ، المعلمات الأساسية لكوننا. هذه المعلمات هي ببساطة قيم تظهر بشكل عشوائي أثناء ولادة الكون.

في حالة وجود أكوان أخرى ، يتم فصلها عنا بمسافات كبيرة ، وتتحرك بسرعات هائلة ، وبالتالي لا يمكن اكتشافها مباشرة. هل يعني هذا أن الأكوان المتعددة هي مجرد ميتافيزيقا؟ هل تأكيد وجود الأكوان المتعددة هو الحدود الأساسية لمعرفتنا؟ ليس بالضرورة. على الرغم من أننا قد لا نرى كونًا آخر ، يمكننا اختبار النظرية التي أدت إلى ظهوره - على سبيل المثال ، من خلال مراقبة موجات الجاذبية الناتجة عن التضخم. هذا سيسمح لنا باختبار طبيعة التضخم الذي أدى إلى ظهور كوننا. هذه الموجات مشابهة لتلك التي اكتشفها كاشف LIGO مؤخرًا ، ولكن لها مصدر مختلف. وهي لا تأتي من نوبات كارثة مثل اصطدام الثقوب السوداء في المجرات البعيدة ، ولكن من اللحظات الأولى للانفجار الكبير ، في فترة التضخم المفترضة.إذا كان من الممكن اكتشافها مباشرة - وهو أمر ممكن في تجارب مختلفة تبحث عن آثار هذه الموجات في الإشعاع الناتج عن الانفجار الكبير - يمكننا دراسة فيزياء التضخم وتحديد ما إذا كان التضخم اللامتناهي نتيجة لهذه الفيزياء. لذا ، ليس بشكل مباشر ، يمكننا التحقق من وجود أكوان أخرى ، حتى بدون ملاحظتها مباشرة.

بشكل عام ، وجدنا أنه حتى أعمق الأسئلة الميتافيزيقية ، بما في ذلك وجود أكوان أخرى - والتي لم يكن من المفترض أن تكون ممكنة من الناحية التجريبية - يمكن التحقق منها بالفعل إذا تناولناها بحكمة. حتى الآن ، حدود ما يمكننا اكتشافه من خلال الجمع بين الملاحظات المنطقية والتجريبية غير معروفة.

عالم بلا حدود يجذبنا ويشجعنا على مواصلة بحثنا. ولكن هل يمكننا التأكد من أننا لن نلتزم أبدًا بأي حدود للمعرفة؟ ليس بالفعل.



يفرض التضخم قيودًا أساسية على الإدراك - تحديدًا على إدراك الماضي. يبطل الكون ، ويدمر كل المعلومات حول العمليات الديناميكية السابقة. إن التوسع السريع للمساحة أثناء التضخم يضعف إلى حد كبير محتويات أي منطقة. لذا ، على سبيل المثال ، يمكنها أن تمحو آثار الأحاديات المغناطيسية ، الجسيمات ، التي كان يجب أن تظهر في أوائل الكون بأعداد كبيرة ، وفقًا للنظرية. كانت هذه واحدة من أولى مزايا التضخم - التوفيق بين النظرية ، والتي تنطوي على وفرة من هذه الجسيمات ، مع حقيقة أنها غائبة اليوم. لكن التخلص من التناقضات ، يمحو التضخم أجزاء من ماضينا.

الأسوأ من ذلك ، قد يستمر هذا المحو. من الواضح أننا نعيش الآن في فترة تضخم مختلفة. تظهر القياسات الهاربة للمجرات البعيدة أن تمدد الكون يتسارع بدلاً من أن يتباطأ ، وهو ما يمكن ملاحظته إذا سادت طاقة الجاذبية في المادة أو الإشعاع ، وليس في الفضاء الخالي. حتى الآن ، نحن لا نفهم أصل هذه الطاقة. يفرض أي من التفسيرات المحتملة قيودًا على تقدم المعرفة وحتى على وجودنا.

قد تختفي طاقة الفضاء الفارغ فجأة إذا واجه الكون فجأة نوعًا من الانتقال الطوري ، النسخة الكونية لتكثيف البخار في الماء السائل. إذا حدث ذلك ، فقد تتغير طبيعة القوى الأساسية ، وقد تصبح جميع الهياكل المرئية لنا ، بدءًا من الذرات ، غير مستقرة أو تختفي. وسوف نختفي مع كل شيء آخر.

ولكن حتى مع التوسع المستمر ، فإن مستقبلنا باهت إلى حد ما. في غضون 2 تريليون سنة - حسب معايير الناس ، إنها طويلة ، ولكن ليس بمعايير الفضاء - سيختفي باقي الكون من مجال رؤيتنا. سيقرر أي مراقبين يظهرون على الكواكب حول النجوم في هذا المستقبل البعيد أنهم يعيشون في مجرة ​​واحدة محاطة بمساحة فارغة لا نهاية لها ، دون أي علامات على التسارع وحتى دليل على الانفجار الكبير. مثلما فقدنا الاحتكارات ، لن يتمكنوا من رؤية القصة التي نعرفها (بالطبع ، قد يكون لديهم إمكانية الوصول إلى مثل هذه الظواهر الملحوظة التي لا نراها حتى الآن ، لذلك لا يجب أن نتصورها الآن).

على أي حال ، يجب أن تستمتع بوقتنا الصغير تحت أشعة الشمس وأن تدرس ما في وسعنا. تعلم المزيد بجد ، الخريجين!

Source: https://habr.com/ru/post/ar397667/