انتشار آخرین تئوری استیون هاوکینگ درمورد جهان هستی

فیزیکدان بزرگ، استیون هاوکینگ قبل از مرگش یک قطعه‌ی بی‌نظیر از خودش برای ما بر جای گذاشت: آخرین مقاله‌ی وی که در مورد جزئیات آخرین نظریه‌اش درخصوص منشأ هستی است و در این راه توماس هرتاگ از دانشگاه کاتولیک لون هم به او کمک کرده است.

طبق مقاله‌ی که امروز (دوم ماه می سال ۲۰۱۸) در Journal of High Energy Physics منتشر شد، جهان هستی نسبت‌ به نظریه‌های چندجهانی کنونی متفاوت است.

مقاله بر اساس مفهومی به‌ نام تورم ابدی است که ابتدا در سال ۱۹۷۹ معرفی و سپس در سال ۱۹۸۱ منتشر شده بود. جهان هستی بعد ازمه‌بانگ طی دوره‌ای به‌شکل نمایی منبسط می‌شود؛ سپس سرعت آن کاهش می‌یابد و انرژی به ماده و تابش تبدیل می‌شود.

اما بر اساس نظریه‌ی تورم ابدی، برخی از حباب‌های فضا از منبسط شدن دست می‌کشند یا اینکه تا حد توقف کند می‌شوند؛ درنتیجه یک کسر کوچک از بن‌بست فضای ایستابه‌ وجود می‌آورند. در همین حین، تورم در حباب‌های دیگر فضا، به‌ خاطر اثرات کوانتومی، اصلا متوقف نمی‌شود؛ درنتیجه تعداد بی‌نهایتی جهان‌های متعدد به‌ وجود می‌آید.

طبق این نظریه، تمامی مواردی که ما در دنیای خودمان مشاهده می‌کنیم، تنها در یکی از این حباب‌ها اتفاق می‌افتد (حبابی که تورم در آن متوقف شده و اجازه‌ی تشکیل ستاره‌ها و کهکشان‌ها را داده است.)

^{به‌ تصویر کشیدن چندجهانی درحال تورم (ای. لیند از دانشگاه استنفورد)}

هاوکینگ توضیح داد:

طبق پیشبینی نظریه‌ی تورم ابدی، جهان ما در مقیاس جهانی شبیه یک کسر یا فراکتال بی‌نهایت همراه با جهان‌هایی با اندازه‌های مختلف است که توسط یک اقیانوس درحال تورم جدا می‌شود. قوانین مکانی فیزیک و شیمی می‌توانند در هر دنیا نسبت‌ به بقیه متفاوت باشند و روی‌هم‌رفته یک چندجهانی را تشکیل دهند. اما من هرگز طرفدار نظریه‌ی چندجهانی نبوده‌ام. اگر مقیاس جهان‌های مختلف در چندجهانی، بزرگ یا بی‌نهایت باشد نمی‌توان آن را تست کرد.

حتی یکی از طرح‌های اصلی، مدل تورم ابدی درسال‌های اخیر رد شد.

طبق گفته پل استاینهارت، فیزیکدانی از دانشگاه پرینستون، نظریه‌ی تورم ابدی، مشکلی را که می‌خواست حل کند انتخاب کرد تا جهان را بر وفق مشاهدات ما تعریف کند و تنها آن را به یک مدل جدیدتر تغییر دهد.

به گفته‌ی هاوکینگ و هرتاگ، مدل تورم ابدی اشتباه است؛ چراکه نظریهنسبیت عام انیشتین بر اساس مقیاس‌های کوانتومی بنا شده. هرتاگ توضیح داد:

مشکل تورم ابدی، فرض آن مبنی‌ بر وجود یک جهان قبلی است که بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین تکامل می‌یابد و با اثرات کوانتومی مانند نوسانات کوچک نظریه رفتار می‌کند. اما ساختار و پویایی‌شناسی تورم ابدی، بین فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتومی فاصله می‌اندازد و در نتیجه‌ی همین امر، نظریه انیشتین در تورم ابدی از بین می‌رود.

نظریه‌ی جدید بر اساس نظریه ریسمان است. نظریه‌ی ریسمان یکی از چارچوب‌هایی است که قصد آشتی دادن و ارتباط برقرار کردن بین نسبیت عام و نظریه کوانتومی دارد و این کار را با جایگزین کردن ذرات نقطه‌مانند در فیزیک ذرات به‌ وسیله ریسمان‌های تک‌بعدی لرزان انجام می‌دهد.

در نظریه‌ی ریسمان، طبق اصل تمام‌نگاری یا هولوگرافیک، یک حجم از فضا می‌تواند روی مرز بعد پایینی توصیف شود؛ بنابراین جهان مانند یک هولوگرام است که در آن حقیقت فیزیکی در فضای سه‌بعدی می‌تواند از نظر ریاضی به یک سطح دوبعدی کاهش یابد.

پژوهشگران متغیری را در اصل هولوگرافیک گنجاندند که بعد زمانرا وارد تورم ابدی می‌کند و به‌ آن‌ها اجازه می‌دهد مفهوم را بدون اتکا به نظریه نسبیت عام توصیف کنند.

همچنین چنین کاری به آن‌ها اجازه می‌دهد از نظر ریاضی تورم ابدی را به یک وضعیت بدون زمان روی یک سطح فضایی در ابتدای شروع جهان (یک هولوگرام تورم ابدی) تقلیل دهند. هرتاگ گفت:

وقتی ما برای درک تکامل جهان به گذشته سفر کردیم، در برخی از نقاط به آستانه‌ی تورم ابدی رسیدیم،؛ جایی که مفهوم زمان، معنایش را از دست می‌دهد.

هاوکینگ در سال ۱۹۸۳ به‌ همراه پژوهشگر و فیزیکدان دیگری به‌نامجیمز هارتل نظریه‌ی بدون مرز یا حالت هارتل-هاوکینگ را مطرح کرد. طبق نظریه‌ی آن‌ها، فضا قبل از مه‌بانگ وجود داشته؛ ولی خبری از زمان نبوده است. بنابراین جهان در زمان شروع شدنش از یک نقطه‌ی واحد توسعه یافته؛ ولی مرز و محدودیتی نداشته است.

بر اساس نظریه‌ی جدید، جهان اولیه مرز و محدودیت داشته است. هاوکینگ و هرتاگ با این فرضیه، پیش‌بینی‌های قابل اتکاتری درمورد ساختار جهان ارائه داده‌اند. هاوکینگ گفت:

ما پیش‌بینی می کنیم که جهان در بزرگ‌ترین مقیاس، صاف و از نظر جهانی محدود (بی‌نهایت نیست) است. بنابراین جهان یک ساختار فراکتال نیست.

نظریه جدید، چندجهانی را رد نمی‌کند؛ ولی طیف آن را محدودتر و کوچک‌تر می‌کند؛ درنتیجه اگر کار هاوکینگ و هرتاگ توسط سایر فیزیکدانان تأیید شود، تست و بررسی نظریه‌ی چندجهانی در آینده آسان‌تر خواهد شد.

هرتاگ قصد دارد نظریه را با بررسی امواج گرانشی که ممکن است توسط تورم ابدی تولید شده باشند، تست کند.

این امواج آنقدر بزرگ‌ هستند که نمی‌توان آن‌ها را با استفاده از رصدخانه‌ی موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری اندازه گرفت؛ ولی تداخل‌سنج‌های امواج گرانشی آینده مثل آنتن فضایی تداخل‌سنج لیزری و مطالعات آینده روی پیشینه امواج مایکروویو جهانی می‌تواند به شناسایی آن‌ها کمک کند.

اطلاعات تکمیلی پژوهش در Journal of High Energy Physicsمنتشر شد و می‌توانید توضیح کامل آن را در arXiv بخوانید