ماذا حدث في الكون قبل الانفجار العظيم؟

وفي البداية، كانت هناك كرة صغيرة للغاية من المادة. ثم، سرعان ما أدى كل ذلك إلى ظهور الذرات والجزيئات والنجوم والمجرات، التي نراها اليوم.

أو على الأقل، هذا ما أخبرنا به الفيزيائيون على مدى العقود العديدة الماضية.

ولكن الأبحاث الفيزيائية النظرية الجديدة كشفت مؤخرا عن نافذة محتملة عن الكون المبكر جدا، تظهر أنه قد لا يكون "مبكرا جدا" على كل حال. وبدلا من ذلك، قد يكون مجرد أحدث تكرار لدورة الارتداد المستمرة، مرة واحدة على الأقل، وربما إلى الأبد.

وبالطبع، قبل أن يقرر الفيزيائيون الابتعاد عن الانفجار العظيم لصالح دورة الارتداد، ستحتاج هذه التنبؤات النظرية إلى النجاة من هجمة اختبارات المراقبة.

يمتلك العلماء صورة جيدة جدا للكون المبكر جدا، وهو أمر نعرفه ونحبه كنظرية الانفجار العظيم. وفي هذا النموذج، منذ زمن بعيد كان الكون أصغر بكثير وأكثر سخونة وكثافة بكثير مما هو عليه اليوم.

ومن المدهش أن هذه القصة تتوافق مع جميع الملاحظات الحالية. وقام الفلكيون بمراقبة الإشعاع الكهرومغناطيسي المتبقي من الكون الصغير وقياس وفرة العناصر الأخف، ووجدوا أنها جميعا تتماشى مع ما يتوقعه الانفجار العظيم.

ولكن على الرغم من كونها جيدة، فنحن نعلم أن صورة الانفجار العظيم ليست كاملة - هناك قطعة أحجية مفقودة، وهذه القطعة هي اللحظات الأولى للكون نفسه.

وتكمن المشكلة في أن الفيزياء التي نستخدمها لفهم الكون المبكر (خليط معقد بشكل رائع للنسبية العامة وفيزياء الجسيمات عالية الطاقة)، يمكن أن تأخذنا بعيدا فقط قبل الانهيار. وبينما نحاول التعمق في اللحظات الأولى من الكون، تصبح الرياضيات أكثر صعوبة.

وتتمثل العلامة الرئيسية على أن لدينا تضاريس لم يتم استكشافها بعد، في وجود "التفرد" أو نقطة الكثافة اللانهائية في بداية الانفجار الكبير. وإذا أخذنا هذا في ظاهر الأمر، فإنه يخبرنا أنه عند نقطة ما، حُشر الكون في نقطة صغيرة للغاية وكثيفة إلى ما لا نهاية. ومن الواضح أن هذا أمر مريب، وما يخبرنا به حقا هو أننا بحاجة إلى فيزياء جديدة لحل هذه المشكلة - مجموعة أدواتنا الحالية ليست جيدة بما يكفي.

ولهذا الغرض، توجد حاجة إلى بعض الفيزياء الجديدة، أمر قادر على التعامل مع الجاذبية والقوى الأخرى مجتمعة، في طاقات عالية للغاية. وهذا بالضبط ما تزعم نظرية الأوتار أنها: نموذج فيزياء قادر على التعامل مع الجاذبية والقوى الأخرى، مجتمعة، في طاقات عالية للغاية. ما يعني أن نظرية الأوتار تزعم أنها يمكن أن تفسر اللحظات الأولى للكون.

وتتمثل إحدى أقرب مفاهيم نظرية الأوتار بأن الكون "ekpyrotic"، تبعا للكلمة اليونانية "حريق" أو النار. وفي هذا السيناريو، فإن ما نعرفه باسم الانفجار العظيم أثاره شيء آخر حدث قبله - لم يكن الانفجار الكبير بداية، بل جزءا من عملية أكبر.

وأدى توسيع مفهوم ekpyrotic إلى نظرية، مدفوعة مرة أخرى بنظرية الأوتار (هي إطار نظري يتم فيه استبدال جزيئات فيزياء الجسيمات الشبيهة بالنقطة بأشياء أحادية البعد تسمى سلاسل)، تسمى علم الكونيات الدوري. ومن الناحية التقنية، يُفترض أن فكرة الكون يكرر نفسه باستمرار، عمرها آلاف السنين وتسبق الفيزياء، ولكن نظرية الأوتار أعطت الفكرة أسسا رياضية راسخة. ويدور الكون الدوري تماما كما قد تتخيل، يرتد باستمرار بين الانفجارات الكبيرة.

وعلى الرغم من أن هذا يبدو رائعا، إلا أن الإصدارات المبكرة من النموذج الدوري واجهت صعوبة في مطابقة الملاحظات - وهي صفقة رئيسية عندما تحاول تطبيق العلوم وليس مجرد سرد القصص.

وكان العائق الرئيسي يتفق مع الملاحظات عن خلفية الحركة الكونية، وبقايا الضوء عندما كان عمر الكون 380000 سنة فقط. وبينما لا نستطيع أن نرى ما بعد جدار الضوء هذا مباشرة، إذا بدأت في العبث نظريا بفيزياء الكون المبكر، فإنك تؤثر على نمط ضوء الشفق.

وهكذا، بدا أن فكرة الكون الدوري أنيقة ولكنها غير صحيحة.

ولكن شعلة ekpyrotic ظلت مضاءة على مر السنين، وبحثت ورقة نشرت في يناير في قاعدة بيانات arXiv، في الرياضيات وكشفت بعض الفرص الضائعة سابقا. واكتشف الفيزيائيان، روبرت براندنبرغر وزيوي وانغ من جامعة McGill  في كندا، أنه في لحظة "الارتداد"، عندما يتقلص كوننا إلى نقطة صغيرة بشكل لا يصدق ويعود إلى حالة الانفجار العظيم، من الممكن ترتيب كل شيء للحصول على نتيجة اختبار الملاحظة المناسبة.

وبعبارة أخرى، قد تسمح الفيزياء المعقدة (والتي لا يمكن فهمها جيدا) في هذه الحقبة الحرجة، في الواقع، برؤية منقحة جذريا لزماننا ومكاننا في الكون.

ولكن لاختبار هذا النموذج بالكامل، سيتعين علينا انتظار جيل جديد من تجارب علم الكونيات.

المصدر: لايف ساينس