دانشیار

بسم الله الرحمن رحیم







نظریات کیهان شناسی موازی با نظریه استاندارد کیهان شناسی



موازی با نظریه استاندارد کیهانشناسی مدل های دیگری هم برای کیهانشناسی مطرح شد در مدل استاندارد کیهانشناسی در لحظه بیگ بنگ ما به نقطه ای می رسیدیم بی بعد که انفجار کیهانی از آن نقطه شروع شده بود، و بعداز مرور زمان واتساع فضا فازهای مختلفی به وجود می آمد و کم کم ذرات شکل می گرفتند.

اما همانطور که گفته شد ،نظری دیگر در سیستم ذرات بنیادی مطرح شد که به آن مدل ابر ریسمان می گفتند که در این مدل ، ذرات دیگر یک نقطه بی بعد در نظر گرفته نمی شدند، بلکه بعد فضایی داشتند، که از ارتعاشات این ابعاد ذرات حاصل می شدند،

در ابتدا این ذرات را یک بعدی می گفتند که اثراتی در 28 بعد داشتند که به 10 بعد تقلیل پیدا کرد، و در نهایت به علت کثرت به وجود آمده در الگوهای ریسمانی یک ، نظریه ای جامع تر به نام M یا پوسته ارائه شد که ریسمان های یکی از حالتهای ممکن آن تلقی می شدند، دراین نظریه دو انتهای ریسمان به دو قطب متصل بود که به آن D می گفتند. که این قطب های گسیل انرژی بودند، اگر بین دوقطب این گسیل انرژی صورت می گرفت ، تعبیر به ریسمان می شد و اگر بین بیش از دو قطب بود می شد یک پوسته، که می توانستند چند بعدی باشند، این قطبها خودشان بر روی پوسته ها قرار داشتند، و نسبت به هم واکنش هایی را انجام می دادند ، بین دو قطب D گراویتون ها جریان داشتند که عامل جاذبه و گرانش بودند، و اینکه این نقاط D فوتون ها را هم نسبت ارسال می کردند که حامل بار الکتریکی هستند، در پاره ای موارد نسبت به هم کشش دارند که قطب های غیرهم نام هستند و گاهی نسبت به هم تنافر دارندکه قطب های هم نام می باشند،

در حالت عادی دو قطب هم نام نیستند لذا جاذبه گرانشی با دافعه الکتریکی آنها خنثی می شد و در واقع هیچ اثری از هم احساس نمی کردند، اگر چنانچه وضعیتت به گونه ای باشد که دوقطب غیر هم نام کنار هم باشند ، لاجرم دو جاذبه الکتریکی و گرانشی عامل می شود اجتماعی از D ها در یکجا پیش بیاید و این اجتماع عامل به وجود آمدن میکرو سیاه چاله ها در فضا شود، کانون های گرانشی قوی که گراویتون های زیادی و پرانرژی به اطراف گسیل می کند،

دکتر نیما حامد ارکانی عنوان می دارد که در این فرایند ها، از ارتعاشات و رد وبدل شدن انرژی بین این اقطاب ذرات مختلفی ظهور پیدا می کنند، که البته این ذرات به وجود امده چسبیده به پوسته ای هستند که در آن ارتعاش صورت گرفته و از آن پوسته توان خارج شدن ندارند، به غیر از گراویتون و گرانش که توان آن را دارد که از پوسته نشت کند و به بیرون از پوسته سرایت کند، و به عبارتی دیگر عناصر وموجود در یک پوسته می توانند بر روی عناصر پوسته ای دیگر اعمال گرانش کنند.

به هر حال ما در نظریه پوسته و نظریه ریسمان با مساله ابعاد بیشتر از چهار بعد مواجه هستیم،

برای کامل شدن، این نظریه را به کیهان هم بسط دادند، بدین گونه که در نظریه ریسمان به جای اینکه بگویند جهان از یک نقطه بدون بعد به وجود آمده مطرح می شود که جهان از یک ریسمان به وجود آمده یعنی از یک جرثومه ای که دارای بعد فضایی می باشد، به تعبیر نظریه ریسمان تقلیل یافته از ریسمانی که دارای 10 بعد است، طبق نظریه کامران وفا این ریسمان مانند کلافی چند بعدی در هم تنیده شده بوده است و همه ابعاد در اندازه های پلانکی(10 به توان 32-)گره خورده بودند.

در هنگام بیگ بنگ از این نوع کلاف ها گره خورده اعم از ماده و ضد ماده به وجود آمده است، ودر حالتی یک کلاف ماده به ضد ماده برخوردی داشته و در اثر این برخورد سه بعد از 10 بعد ناگهان از حالت پتانسیل جسته و مثل فنری فشرده جهش پیدا کرده و انبساط پیداکرده است، و قابل مشاهده و اندازه گیری شده است، ومابقی در کمن باقی مانده اند،

اما با مطرح شدن نظریه پوسته این نظریه اصلاح شد بدین صورت که در اثر برخورد همه ابعاد آزاد شده اند ولی چون ما به عنوان یک مشاهده گر در یک پوسته سه بعدی اسیر شده ایم توان درک ابعاد دیگر از ما سلب شده است. یعنی ابعاد دیگر هم حقیقی هستند ولی ما توان مشاهده و اندازه گیری آنها را نداریم.



جهان اکپیروتیک [1]



در نظریه اکپیروتیک این مساله مطرح می شود که قبل از انفجار بیگ بنگ ما مواجه با پوسته هایی در عالم بوده ایم که پوسته ها از فضا زمان حاصل شده بودند این پوسته ها از نشت گراویتون های درونیشان بر هم جاذبه اعمال می کردند این عامل ، منجر بدان شده تا دو پوسته به سمت هم کشیده شده و به هم برخورد کنند در اثر برخورد دو پوسته باهم انفجاری مثل بیگ بنگ به وجود آمده در اثر ارتعاش پوسته ها ماده خلق شده و دوباره دو پوسته از هم فاصله گرفته ، نیروی ناشی از برخورد، دو جهان را از هم دور می کند. وقتی این دو پوسته از یکدیگر دور می شوند، به سرعت خنک شده، و جهانی را که امروز می بینیم ایجاد می کنند. این خنک شدن و انبساط برای تریلیون ها سال ادامه داشته، تا زمانی که دمای جهان ها به صفر مطلق نزدیک می شود و چگالی ماده به یک الکترون در کادریلیون سال نوری مکعب می رسد.

در نتیجه جهان خالی و راکد می گردد. اما گرانش به کار خود برای جذب دو پوسته ادامه می دهد، تا اینکه تریلیون ها سال بعد، آنها بار دیگر با یکدیگر برخورد کرده و این چرخه دوباره تکرار می شود. این نظریه یعنی احتمالا پوسته های دیگری نیز در فضا شناور هستند که ممکن است در آینده با ما برخورد بزرگ دیگری کنند. و ممکن است که در زمان های بعدی دوباره باهم برخورد نمایند.

جهان اکپیروتیک مدلی است که با مدل نوسانی همخوانی دارد ولی مردم برای جلوگیری از ایرادی آنتروپی که بر جهان نوسانی حاکم بود این مساله را این گونه حل کرده اند که در هر برخورد دوپوسته کیهانی به وجود می آید که از کیهان قبلی بزرگتر است و با این ترفند مشکل ایجاد آنتروپی اشباع شده را رفع کرده اند.









تصویری از مدل «اکپیروتیک » بر اساس این مدل کیهان شناختی بیگ بنگ می تواند حاصل تصادمی بین پوسته جهان ما و پوسته جهان مجاور باشد.





در برخورد دو پوسته با هم در هر پوسته آشفتگی فضا زمانی به وجود می آید و امواج گرانشی منتشر می شود،

این امواج گرانشی از محل برخورد دو پوسته ساطع می شود، محل تقاطع دو پوسته ، ابر ریسمانی خواهد بود مرتعش که عناصر را تولید می کند، و منتشر می نماید ، نظیر بیگ بنگ یعنی ما به جای نقطه بیگ بنگ یک ریسمان مرتعش داریم، بعضی عنوان می کنند، نه تنها باید در منطقه بیگ بنگ به دنبال یک ریسمان مرتعش بگردیم بلکه می باید در مرکز هر کهکشانی به دنبال یک ریسمان مرتعش بگردیم که کهکشان را به وجود آورده باشد، در فرض اخیر علاوه بر منطقه بیگ بنگ که محل برخورد دو پوسته است می بایست بی نهایت نقطه برخورد در نظر گرفت که هرکدام جدا گانه منجر به ظهور کهکشان ها شده اند.پس در مرکز هر کهکشانی باید یک ریسمان مرتعش باشد. و حتی بعضی در هر محل برخورد نطفه کیهانی را در نظر می گیرند که منجر به جهان های موازی در نهایت می شود.

مشاهداتی که مدل اکپیروتیک را از مدل تورمی متمایز می‌کند، شامل قطبش تابش زمینه کیهانی و توزیع بسامد طیف موج گرانشی است.











تصویری هنری از ماهواره های لیزا یکی از بلند پروازانه ترین مأموریت های فضایی برای شکار امواج گرانشی.





اگر این نظریه درست باشد، جهان ما احتمالاً متحمل یک توالی بی‌پایان انفجار و فشرده شدن است.



مدل چرخه‌ای فرض می‌کند که جهان ما از ۱۱ بُعد تشکیل شده است که ما فقط چهار بُعد از آن را می‌توانیم مشاهده کنیم(۳ بعد فضا و یک بعد زمان) و بخش چهار بُعدی ما از جهان، بِرِین(brane)- مخفف غشاء - نامیده می‌شود.



این نظریه ادامه می‌دهد که ممکن است غشاهای دیگری در فضای ۱۱ بعدی پنهان باشند. برخورد بین دو غشا ممکن است جهان را از انقباض به انبساط تکان دهد و انفجار بزرگی(مه‌بانگ) را که شواهد آن را می‌بینیم، تحریک کند.



مشاهده امواج گرانشی: تقویت نظریه جهان های موازی – رد نظریه جهان های چرخه ای



نظریه جهان چرخه ای بسیار جالب است ، اما چرا با مشاهده امواج گرانشی این نظریه رد می شود، می توان اینطور بیان کرد که اگر نظریه جهان چرخه ای درست باشد، بین لایه ی جهان ها برخوردهایی آهسته به وجود آمده و در نتیجه امواج گرانشی بسیار ملایم تر خواهند بود. اما اگر امواج گرانشی شدیدی را آشکارسازی شده باشند، نظریه تورم کیهان تقویت می شود که از طریق فرایند تورم ابتدایی ایجاد شده است. تورم یک پدیده کوانتومی است اما امواج گرانشی در محدوده فیزیک کلاسیک هستند، بنابراین امواج گرانشی پلی میان فیزیک کلاسیک و کوانتوم هستند و به همین خاطر می‌توانند گواهی باشند که گرانش درست مانند دیگر نیروهای طبیعت سرشتی کوانتومی دارد. نتایج مشاهدات دانشمندان بایسپ۲ امواج شدیدی از لحظات تولد کیهان به ثبت رسانده است و در نتیجه نظریه تورمی کیهان تقویت می شود و این یعنی امکان وجود جهان های دیگری بجز جهان ما وجود دارد! مدل جهان تورمی و معادلات کیهان شناسی کوانتومی نشان می دهند که عالم به علت افت و خیزهای کوانتومی بطور خود به خودی از خلا به وجود آمده است و بیگ بنگ به طور پیوسته در جاهای دیگر فضا رخ می دهد و طبق نظریه ریسمان ممکن است ، جهان هایی با قوانین طبیعت خاص خود و حتی با فضا یا ابعادی بیشتر از جهان ما وجود داشته باشند.



آیندۀ امواج گرانشی



البته برای بازبینی و یا رد نظریات ارائه شده، ناسا بیکار نمانده و قصد دارد در حوالی سال ۲۰۱۵، نسل جدید از آشکارسازهای امواج گرانشی، مثل لیزا – LISA (Laser Interferometer Space Antenna) را به فضا بفرستد و به ما این امکان را می دهند که برخی از نظریه ها را مورد بازبینی قرار داده و یا حتی رد کنیم. لیزا نماینده نسل بعدی آشکار سازهای امواج گرانشی می باشد. این دستگاه در فضا مستقر خواهد شد. ۳ ماهواره به فضا فرستاده خواهد شد که تقریبا در فاصله ۵۰ میلیون کیلومتری زمین، در فضا مثلثی متساوی الاضلاع تشکیل خواهند داد. طول هر ضلع ۵ میلیون کیلومتر خواهد بود). هر ماهواره دو لیزر خواهد داشت که به آن اجازه می دهد پیوسته با دو ماهواره دیگر در ارتباط باشد. با اینکه هر لیزر، باریکه ای به قدرت تنها نیم وات شلیک می کند، تجهیزات نوری آنقدر حساسند که قادرند لرزش های ناشی از امواج گرانشی را با دقتی معادل یک تقسیم بر یک میلیارد تریلیون آشکار کنند. ( معادل حرکتی برابر یک صدم قطر یک اتم).



دقت لیزا به قدری بالاست که باید بتواند امواج گرانشی تولد جهان را آشکار کند و ما را به یک تریلیونم ثانیه بعد از بیگ بنگ ببرد. یک هدف مهم لیزا، فراهم آوردن شواهدی قطعی برای نظریه تورم است. تورم با تمام داده های کیهان شناسی موجود اعم از، تختی جهان، افت و خیزهای تابش پس زمینه کیهانی و غیر … سازگار است. دانشمندان می خواهند برای سنجش قطعی آن ، امواج گرانشی ناشی از خود فرایند تورم را آزمایش کنند. این یعنی « انگشت نگاری» از امواج گرانشی پدید آمده از لحظه بیگ بنگ ؛ باید تفاوت میان تورم و هر نظریه رقیب را بیان کند. لیزا باید بتواند یکی از این نظریه ها را از راه تجربه رد کند. به بیان دیگر امواج گرانشی ایجاد شده از طریق بیگ بنگ اولیه، حاوی داده های رمز گذاری شده ای هستند که می توانند صحت یکی از این نظریات را تایید کنند. ممکن است لیزا برای اولین بار بتواند نتایج محکمی را در تایید نظریه تورم ، یا نظریه ریسمان و نظریه M ارائه کند. خوشبختانه ما در ابتدای این مسیر هستیم و این اکتشافات علمی همچنان ادامه خواهد داشت.





شکاف بزرگ



کهکشان‌ها در آینده به قدری از یکدیگر دور خواهند شد که نورشان هرگز به یکدیگر نخواهد رسید. در واقع، با پیر شدن و مرگ ستاره‌ها، زمانی خواهد رسید که اصلاً نور یا گرمایی در کار نباشد. کیهان به مکانی تاریک، سرد و خالی تبدیل خواهد شد. به نظر می‌رسد این سناریو پایان همه چیز باشد، اما بر طبق یکی از نظریه‌های پیشنهادی، این آغاز کیهانی دیگر در چرخه‌ای بی‌پایان است. نظریه کیهان‌شناسی غشایی را به خاطر دارید؟ این همان اتفاقی است که با برخورد غشای سرد و تهی با غشایی دیگر رخ می‌دهد. اگر زمان کافی وجود داشته باشد، این اتفاق سرانجام به وقوع خواهد پیوست. دانشمندانی به نام نیل توروک و پائول استینهاردت بر این باورند که چنین برخوردی به قدری انرژی عظیمی ایجاد می‌کند که برای ایجاد یک کیهان کاملاً جدید کافی است.



مواجهه هاوکینگ با نظریه اکپیروتیک



هاوکینگ با ارائه نظریه خلقت از عدم، اولا می خواست مساله تخت بودن فضا را حل کند چرا که در این نظریه انرژی اولیه عالم صفر بود و از انرژی صفر عالم پدید می آمد و افت و خیز های کوانتومی عالم می توانست عامل به وجود آمدن عالم باشد،ولی باز هم چیزی که وجود داشت می بایست قوانین ، فضا، و انرژی قبل از آن باشند، و نقطه تکینه هم مساله اش حل نمی شد، برای گذر از نقطه تکینه گفتیم که نظریه خلقت مدام را مطرح کرد که جهان هر لحظه در حال به وجود آمدن است و عدم فیزیکی خلق می شود و دوباره به فنا می رود واین روند تا ابد ادامه دارد، جهانی متغیر در عین حال ثابت، که از اول به همین شکل بوده وتا ابد هم خواهد بود ولی به هر حال خلقت مدام شاید مساله نقطه تکینه را حل می کرد ولی آیا می توانست جوابی برای امواج CMB داشته باشد، آیا مساله آفرینش ذرات بنیادین را حل می کرد؟ آیا در باره وحدت نیروها و ابر تقارن حرفی برای گفتن داشت؟

بالاخره هاوکینگ خود را مواجه با سوالات و اشکالات فراوان دید، و تصمیم برآن گرفت که به نوعی نظر خود را به نظریه اکپیروتیک نزدیک کند، ولی در این نظریه صحبت از ریسمان و پوسته بود، ولی هاوکینگ مدل کیهانشناسی نسبیتی را مد نظر داشت، خوب تصمیم بر این شد همین مدل سنتی را به شکل اکپیروتیک ارائه دهد در مقاله ای که به همراه هارتل نوشت مدلی را ارائه داد که در این مدل جهان را به صورت یک کره بسته در نظر می گرفت دارای دو بعد زمانی یک بعد در کره به منزله محور طول ها و دیگر بعد به منزله عرض ها بود و بعد دیگر که شعاع باشد هم بعد فضایی را نشان می دادیعنی جهنی که هاوکینگ در این جا نشان می دهد جهانی است با یک بعد اضافه یعنی بعد پنجم، یعنی خود را به گونه ای به مدل اکپیروتیک نزدیک کرده است، باز دراین مدل جهان کاملا از نقطه صفر قطب شروع نمی شود بلکه قبل از آن جهان در بعد فضایی وجود داشته و از یک مداری به بعد ، بعد زمانی پیدا می کند، این هم مثل همان حالتی است که یک ریسمان یا پوسته قبل از بیگ بنگ وجود داشته اند، و هنوز زمان صفر به وجود نیامده است، بعد از زمان صفر ، جهان مثل اینکه روی کره به سوی استوا پیش می رویم ، هم در بعد فضایی و هم زمانی شروع به اتساع می کند، هر ودایره عرضی و صفحه مار برآن به منزله جهان است که تخت هم هست، این جهان شروع به اتساع می کند ، تا به استوا یعنی بیشینه اتساع می رسد واز این به بعد جهان رو به انقباض می گذارد ، وتا نزدیک قطب جنوب کیهانی انقباض پیدا کرده، و دوباره بعد انتهای زمان به حالت فضایی باز می گردد، دوره قبل از آغاز زمان چون ، هنوز زمان شروع نشده و بعد فضایی وجود دارد به آن انبساط ابدی و دوره پیان زمان و رفتن در حالت فضایی مجدد را انقباض ابدی نام نهادند،در این مدل هاوکینگ هم مساله تخت بودن کیهان حل می شد و هم نقطه تکینه تاحدودی حل می شد، و هم معمای افق ، و نظیر مدل تورمی 10 به توان 500 جهان موازی را هم شامل میشد.



اشکال دکتر کامران وفا به مدل هاوکینگ-هارتل



دکتر وفا به مدل هاوکینگ – هارتل ایرادی وارد کرد ایشان خاطر نشان ساخت که مدل هاوکینگ ، و مطابقت آن با مدل آکپیروتیک اشکالی که وجود دارد در لحظه بعد از زمان صفر ، نمی توان مثل مدل تورمی 10 به توان 500 جهان موازی را در نظر گرفت ، واین مدل هاوکینگ می تواند درست باشد ولی این تعداد عظیم کیهان پیشنهادی هیچ کدامشان به جهانی که مادرآن هستیم مطابقت پیدا نمی کند، ومدل کیهان ما را توضیح نمی دهد.چون این تعداد کیهان انرژی را می خواهد که در نظریه آکپیروتیک نمی شود انتظار ظهور کیهانی مثل کیهان ما را بدهد، چرا که دراین نظریه چگالی انرژی تاریک یا درحال کاهش است یادارای مقدار منفی ثابت ،در صورتی که جهان ما انرژی افزایشی داشته و دارای مقدار مثبت است.پس مشاهدات با محاسبات همخوانی ندارد، یا مشاهدات اشتباه است یا محاسبات هاوکینگ.



اصلاحیه هاوکینگ به نظر قبلی در مقاله ای با عنوان هاوکینگ – هرتوک:



هاوکینگ در پی اشکالات دکتر وفا اقدام به اصلاح مدل پیشنهادی خود کرد ، در این مدل که به هاوکینگ- هرتوک معروف است، هاو کینگ اثبات کرد که در جهان های موازی نمی تواند 10 به توان 500 کیهان شکل بگیرد در این تعداد کیهان موازی یک سری از کیهان ها قوانین و کمیت های حاکم برآن غیر از آن چیزی بود که ما در این جهان داریم، لذا هاوکینگ با توجه به اینکه کیهان های موازی ، حدوث مکانی داشته اند و از قبل موجود بوده اند لذا تمام قوانین حاکم برآنها باید یکسان و مشابه همین کیهان ما باشد، وبا این تعبیر بسیاری از کیهانهایی که با این مطابقت نداشتند حذف شدند، واین عامل شد، مدل به واقعیت نزدیکتر شود، ولی این مقاله 10 روز قبل از مرگ هاوکینگ منتشر شد و به گفته هرتوک هنوز جا برای اصلاح باقی است.













[1] Ekpyrotic universe ,Cyclic model, Paralel Worlds , nature , LISA