نظریه‌ای در بازتاب؛ آیا معمای فیزیک در درک منشا جهان، پاسخی ساده‌تر دارد؟

به‌‌مانند تصویر یک کوه بر فراز دریاچه‌‌ای آرام، گویی جهان ما نیز روزی یک تصویر همتای خود داشته است؛  این نتیجه‌‌ای است که گروهی از دانشمندان کانادایی با انجام برون‌‌یابی قوانین جهان در لحظاتی پیش و پس از وقوع مه‌بانگ بدان دست‌یافته‌اند.

فیزیکدان‌ها پیش‌‌تر موفق شده بودند به یک تصویر عالی از ساختار جهان درست چند ثانیه پس از مه‌‌بانگ برسند. می‌‌توان گفت قوانین فیزیک بنیادی از آن لحظه تا به امروز تقریباً ثابت باقی مانده‌‌اند؛ اما آنچه ذهن متخصصان را برای دهه‌ها درگیر خود کرده، همان اتفاقاتی است که درست در لحظه‌‌ی مه‌‌بانگ رخ داده است؛ یعنی همان زمانی که نقطه‌‌ای کوچک و بی‌نهایت متراکم از ماده شروع به انفجار به‌‌سوی فضای بیرون کرد. بسیاری تصور می‌کنند که فیزیک پایه برای این لحظه از جهان کارکرد خود را از دست داده است.

چند پژوهشگر با نام‌‌های لاتهام بویل، کیرن فین و نیل توروک در مؤسسه‌‌ی فیزیک نظری پریمتر در واترلو از اونتاریوی کانادا این ایده را مطرح کرده‌‌اند که جهان احتمالاً همواره از لحاظ بنیادی، متقارن و ساده بوده است و سپس با برون‌‌یابی ریاضی، به آن لحظه پس از مه‌‌بانگ منتج شده است.

این ایده باعث شد که آن‌ها وجود یک جهان دیگر را پیشنهاد کنند که درواقع تصویری بازتاب‌‌شده از جهان کنونی ما بوده است؛ جهانی وارونه که زمان در آن به عقب می‌‌رفته و به‌‌جای ماده، پوشیده از پادماده بوده است. این اولین بار نیست که فیزیکدانان وجود یک دنیای دیگر را پیش از وقوع مه‌‌بانگ پیش‌بینی کرده‌اند؛ اما در فرضیات قبلی همیشه از جهان‌‌هایی جداگانه نظیر مشابه با جهان ما صحبت به میان می‌‌آمد.

توروک می‌‌گوید:

ما به‌جای آن که بگوییم یک دنیای متفاوت قبل از مه‌‌بانگ وجود داشته، می‌گوییم که جهان قبل از این انفجار، درواقع تصویری از جهان پس از انفجار بوده است. این قضیه مانند آن است که بگوییم که دنیای ما در لحظه‌‌ی مه‌‌بانگ منعکس شده است. بازه‌‌ی زمانی قبل از انفجار واقعاً بازتابی از شرایط بعد از انفجار بوده است.

لحظه‌‌ی شکستن یک تخم‌‌مرغ را در این پادجهان تصور کنید. اول‌ازهمه باید در نظر داشته باشید که این تخم‌‌مرغ از پادالکترون‌‌هایی با بار مثبت و نیز پادپروتون‌‌هایی با بار منفی تشکیل شده است. دوم اینکه، از دیدگاه زمانی ما، این‌‌طور به نظر می‌رسد که یک پوسته شکسته از زرده‌‌ی تخم‌‌مرغ به تخم‌مرغی ترک‌‌برداشته تبدیل می‌‌شود و پس از آن یک تخم‌‌مرغ سالم به‌‌وجود می‌‌آید. به‌‌طور مشابه، جهانی در حال انقباض به نقطه‌‌ی تکینگی مه‌‌بانگ رسیده و سپس به دنیای در حال انبساط ما تبدیل شده است.

اما اجازه دهید از زاویه‌‌ی دیگری نگاه کنیم؛ هر دو جهان در لحظه‌‌ی مه‌‌بانگ متولد شدند و با یک انفجار، یکی به‌‌سوی جلو و دیگری به‌‌سوی عقب در زمان پیش رفتند. این دوگانگی باعث ارائه‌‌ی برخی توضیحات خلاقانه برای مشکلاتی می‌شود که فیزیکدانان را برای مدت‌‌های مدید درگیر خود کرده است. به‌‌عنوان مثال چنین دیدگاهی، تعریف اولین لحظه از تولد جهان را نسبتاً ساده می‌‌کند و درنتیجه دیگر ضرورتی برای تعریف جهان‌‌های موازی و ابعاد چندگانه‌‌ی عجیبی نیست که دانشمندان به‌‌مدت سه دهه برای توضیح برخی از جنبه‌های پیچیده از فیزیک کوانتوم و مدل استاندارد از آن بهره می‌‌بردند. توروک می‌‌گوید:

نظریه‌پردازان تئوری‌های یکپارچه بزرگی را مطرح کردند که صدها ذره‌‌ی جدید را تعریف می‌‌کرد؛ در حالی که هیچ‌یک از این ذرات هرگز دیده نشده‌‌اند. نظریه‌‌هایی مانند اَبَرتقارن، نظریه‌‌ی ریسمانبا ابعاد اضافی، نظریه‌ی چندجهانی. فیزیکدانان پیوسته به اختراع چیزهای جدید ادامه می‌‌دهند؛ در حالی که هیچ‌‌گونه شاهد عینی برای این ادعاها وجود ندارد.

بویل بر این باور است که نظریه‌ی جدید به‌‌طور مشابه قادر است که توضیح بسیار ساده‌تری را برای ماده‌‌ی تاریک ارائه کند. او می‌‌گوید:

هنگامی که شما این دید متقارن را در فضازمان در نظر می‌‌گیرید، یکی از ذراتی که ما فکر می‌کنیم وجود دارد – یعنی نوترینو – تبدیل به یک کاندیدای بسیار خوب برای تعریف ماده‌‌ی تاریک می‌شود و دیگر نیازی نخواهد بود که به‌‌دنبال ذرات دیگری بگردیم.

اشاره‌‌ی بویل به مفهومی نظری از نوترینو است؛ ذره‌‌ای که می‌‌تواند از ماده‌‌ی معمولی (بدون انجام هرگونه تعاملی با آن)، عبور ‌کند.

دانشمندان می‌گویند که نظریه‌‌ی جدید برخاسته از نارضایتی عمیقی است که از انباشت تعاریف عجیب ازسوی فیزیکدانان حاصل شده است. خود توروک نیز از جمله فیزیکدانانی بوده که در توسعه‌‌ی این تعاریف دخیل بوده، اما اخیراً اشتیاق عمیقی را برای توضیح ساده‌تر جهان و مه‌‌بانگ احساس می‌‌کند. آن‌ها همچنین می‌گویند که این نظریه‌‌ی جدید قابلیتآزمایش‌‌پذیری را نیز دارد که این قضیه احتمالاً نقش مهمی را در جلب نظر افراد بدبین ایفا خواهد کرد.

شان کارول، کیهان‌‌شناس از مؤسسه‌‌‌‌ی فناوری کالیفرنیا می‌‌گوید:

اگر کسی بتواند نسخه‌‌ی ساده‌تری از تاریخ جهان را نسبت به نسخه‌‌ی فعلی تعریف کند. آنگاه این اقدام یک گام روبه‌‌جلو محسوب خواهد شد. البته این لزوماً به‌‌معنای صحیح‌‌بودن این نظریه نخواهد بود؛ اما مسلماً ارزش بررسی را خواهد داشت.

او اشاره می‌‌کند که هنوز هیچ کاندیدای مناسبی برای ماده‌‌ی تاریک یا ذرات سنگین با برهم‌‌کنش ضعیف (WIMPs) یافت نشده است و شاید زمان آن فرا رسیده است که گزینه‌های دیگری را بررسی کنیم؛ یکی از این گزینه‌‌ها همان نوترینوهایی هستند که پیش‌‌تر بویل به آن اشاره داشته است. با این حال، به نظر می‌‌رسد هنوز راه زیادی برای اثبات چنین فرضیه‌‌ای در پیش است.

این تیم پژوهشی از کانادا نیز به‌‌خوبی این مسئله را درک کرده و اکنون در تلاش‌‌اند تا از مدلی برای ارائه‌‌ی مؤلفه‌های قابل‌اندازه‌گیری و تجربه‌‌پذیر استفاده ‌کنند تا در نهایت ببینند  که فرض‌های آن‌‌ها صحیح است یا خیر. برای مثال، مدل آن‌ها پیش‌بینی می‌کند که سبک‌ترین نوترینوها در واقع باید عاری از جرم باشند. اگر حق با آن‌ها باشد، ممکن است دیدگاه ما نسبت به جهان به‌‌کلی متحول شود. توروک می‌‌گوید:

این [موضوع] بسیار مهیج است. این رویه کاملاً مغایر با شیوه‌‌ای است که فیزیکدانانی نظیر خود ما، طی ۳۰ سال گذشته در پیش گرفته بودند. ما از خود پرسیده‌‌ایم که آیا واقعاً موضوع نمی‌‌تواند ساده‌‌تر از آن‌‌چیزی باشد که پنداشته‌ایم؟