مدل طوماری کیهان شناسی اصلاحیه ای بر نظریه هاوکینگ- هارتل
بسم الله الرحمن الرحیم
مدل طوماری کیهان شناسی اصلاحیه ای بر نظریه هاوکینگ- هارتل
در مقالات گذشته خاطر نشان ساختیم که آخرین نظریات کیهان شناسی تلفیقی از نظریه پوسته و ریسمان و نظریه نسبیتی کیهان شناسی سنتی بود که در مقاله هاوکینگ- هارتل ارائه شد ، که در آن صحبت از این بود که در آن برای زمان دو بعد قایل شده بودند به همراه ابعاد فضایی که زمان حدوث فضایی دارد، در این نظریه جهان قبل از لحظه t=0 دارای بعد فضایی است ، که مثل اینکه روی یک کره بسته قرار دارد شروع به اتساع می کند ، که درکره فرضی صفحات مار بر هر عرض جغرافیایی کره به منزله کیهان هستند که خودش دارای فضا و زمان مستقل هستند و به مرور زمان که روی محور طول ها جریان دارد شروع به اتساع می کنند، تا به بیشینه اتساع رسیده و بعد از آن انقباض کلی شروع می شود، پس جهان رو به انقباض می گذارد در عرض های مختلف تا در عرضی که دیگر بعد زمان ندارد،پایان پیدا می کند، این مشابه همان نظریه کیهانشناسی پوسته ( ) بود، که گفتیم ارائه شده بود که در این نظریه خاطر نشان شده بود که قبل از بیگ بنگ پوسته های فضا زمانی وجود داشتند که در ابعادی فراتر از سه بعد شناور بودند، دراینجا مساله ای که مطرح است این است که دراین پوسته ها انرژی و آنتروپی وجود داشته است ، انرژی در مفهوم به قسمت قابل استفاده و آنتروپی به غیر قابل استفاده انرژی گفته می شود، در نظریه ای به عنوان نیروی آنتروپی اشاره می شود که خود آنتروپی می تواند خودش منشاء نیروهایی شود که گرانش را از جمله این نیروها می دانند، که هم از بعد کلاسیک و هم از بعد نسبیتی قابل اثبات است، دراین نگرش دما به علت ارتعاش ذرات به وجود می آید و ارتعاش ذرات به معنای انرژی جنبشی و انرژی جنبشی یعنی داشتن انرژی و وانرژی معادل است با جرم و معادل است با انحنای فضا و زمان یعنی هر جایی که دما بیشتر است انحنای فضا- زمان بیشتر است پس لاجرم گرانش بیشتر است یعنی ارتباطی بین گرانش و دما و یا به عبارت کلی تر گرانش و آنتروپی وجود داردپس در این فرض خود گرانش ما حصل یک مفهوم دیگری به نام آنتروپی و یک فرایند ترمودینامیکی تلقی می شود، و همین روند از بعد کلاسیک هم قابل بررسی است، با فرض مذکور در این پوسته ها چون انرزی و آنتروپی به گونه ای وجود داشته است ، لذا گرانش هم وجود داشته و همین گرانش عامل شده که دو پوسته به هم نزدیک شده به هم برخوردکنند و از برخورد دو پوسته در اثر ارتعاشات ذرات و زمان به وجود آمدند، به اصطلاح بیگ بنگی اتفاق افتاده ، ودر اثر این برخورد دوباره دو پوسته از هم دور شده اند، تا به دمای صفر مطلق می رسند کمینه انرژی ، ولی انرژی کوانتومی وجود دارد، و همین گرانشی را به وجود آورده و دوباره پوسته ها به هم برخورد کرده و فرایند تکرار می شود.
خوب همانطور که گفته شد هاوکینگ با اقتباس از این نظریه ، مقاله هاوکینگ – هارتل را نوشت، ودر این مقاله مشکلاتی چون نقطه تکینه ، معمای تخت بودن افق حل شد ولی دکتر کامران وفا به ایشان ایراد می گیرند که اگر برخورد دو پوسته را در نظر نگیرند، انرژی تاریکی همیشه با شتاب منفی خواهد بود، چرا که عالم از یک حالتی فضا – فضا که انبساط پیدا می کند انبساطش طوری باید باشد که در جایی متوقف شود پس شتاب منفی است ، و در حال انقباض هم دوباره می خواهد به جایی برسد که انقباض متوقف شود، یعنی باید شتاب انرژی تاریک منفی باشد، واگر 10 به توان 500 کیهان هم به وجود بیاید ، هیچ کدام مدل این کیهان فعلی ما نیستند که مدلی است که در آن شتاب انرژی تاریک مثبت است، از سویی اشکال اشباح آنتروپی هم در آن وجود دارد ، اگر این فرایند بخواهد نوسانی باشد در نوسنانات پی در پی آنتروپی به حدی رسیده که افزایش دیگر میسور نیست لذا پدیده فیزیکی نمی تواند اتفاق بیافتد در صورتی که در نظریهبرخورد بزرگ این طور مطرح می شود که در اثر برخورد دو پوسته شتاب مثبت هم قبل برخورد منظور می شود و هم در فرایند بعد برخورد ، پس می توان مدلی از کیهان خودمان را لااقل در آن بیابیم ، درثانی که بعد هر برخورد جهانی که به وجود می آید از جهان اولیه بزرگتر است پس آنتروپی به اشباح نمی رسد،هاوکینگ برای گم نشدن مدلش در 10 به توان 500 حالت که به مثابه گم شدن یک شن در کنار ساحل دریاست، در قدمی در جهت اصلاح مدل خود ، خاطر نشان کرد، که فرض 10 به توان 500 کیهان موازی که در مدل تورمی به آن قایل هستند در ست نیست، چون منشا همه کیهان ها فضا – فضا است که برای همه یکسان است لذا قوانین می بایست در همه یکسان باشد، آن تعداد از مدل ها که قوانین حاکم برآن وکمیت های ثابت آن با جهان ما یکی نیست می بایست کلا حذف شود، خوب این حذف تعدای زیادی از جهان های مطرح شده به هر حال راه حل و جواب مناسبی برای مشکلاتی که دکتر وفا مطرح کردند ، ارایه نداد و می بایست اصلاحاتی بیشتر حاصل شود.
به نظر مدل هاوکینگ – هارتل و اصلاحات آن مدل خوب و مناسبی محسوب نمی شود، گرچه مشکلاتی را حل کرده ولی بسیاری از مشکلات را نه تنها حل نکرده بلکه اضافه کرده است،
به نظر می آید باید به طور دیگری به مساله کیهان شناسی نگاه شود که هم مسائل کیهانشناسی باصلاح استاندارد در آن وجود داشته باشد مثل کیهان شناسی نسبیتی ،و هم از فرضیاتی که در کیهان شناسی غشا و پوسته و ریسمان هست وحل کننده مشکلات کیهان شناسی کلاسیک است استفاده کرد، یعنی هاوکینگ درست حدس زده بود ولی مدلش کارآمد نبود. و متاسفانه عمرش هم کفاف نداد که به اصلاح آن بپردازد.
خوب در اینجا در جایی هستیم که با توجه به اینکه مدل های مختلف را ارائه کرده ایم ولی هنوز مدل شایسته ای که بتواند تناقضات پیش آمده را مرتفع کند نیافتیم:
- مدل استاندارد حاکی از آن است که جهان جهانی بسته است و از فاز تورمی وارد فاز هابلی شده است
- مشاهدات نشان می دهد که جهان به شدت تخت است و از یک متریک برای همه فضا- زمان می توان استفاده کرد عینی تخت است
- وجود انرژی تاریک حاکی از آن است که روند اتساع کیهان با حالتی تند شونده و شتاب مثبت در حال انبساط است.و این یعنی جهانی باز
پس می بایست مدلی جامع پیشنهاد شود که علاوه بر جمع بندی این تناقضات ، مسائل و مشکلات کیهانشناسی را مرتفع سازد،
مدل جدید در اصلاحیه مدل هاوکینگ:
برای احراز از مشکلاتی که در نظریه هاوکینگ – هارتل مطرح شد ، به نظر با تغییر در مختصات حاکم بر سیستم بتوان از این چالش به نحوی شایسته خارج شد.
در مدل هاوکینگ – هارتل از مختصات کروی استفاده شده بود، که در این مدل جهان منحنی بسته در نظر گرفته می شد، که دارای یک بعد اضافه بود که دو بعدی بودن زمان حاکی از وجود ابعاد اضافه بود.
اگر به جای مختصات کروی از مختصات استوانه ای استفاده شود ، می توان نظریه را به گونه ای دیگری مطرح کرد، که به آن مدل طوماری می گوییم. در مدل طوماری، کیهان را چون پوسته ای در نظر می گیریم ، که در لحظه قبل از بیگ بنگ در حالت فضا- فضا و فشرده قرار دارد، یا به تعبیری مثل طوماری که در هم پیچیده و بسته است و ابعاد دیگر آن را مثل ریسمانی بسته اند، در لحظه ای که ناگهان این ریسمان های تنیده شده به علت برخورد با یک پادریسمان ، در یک طومار دیگر گسسته شده ، و شروع به باز شدن به صورت مارپیچی چون باز شدن یک کاغذ لوله شده می کند و با چون فنری فشرده که ناگهان فشار از آن برداشته شود ، انرژی پتانسیل موجود در خود را به سوی جنبشی به صورت افزاینده ای بروز می دهد، و شروع به انبساط می کند
در این مدل کیهان به منزله طومار است یعنی یک صفحه تخت که به حالت پیچیده لوله شده است، در حالت اولیه یعنی در لحظه t=0 حالتی فضا- فضا دارد، اما به صورت یک ریسمان یا یک استوانه ، که ابعاد چون ریسمانی گرد آن پیچیده اند ، بعد از حالتی که دو پوسته یا پاد ریسمان به آن برخورد کرده و ناگهان چون طوماری شروع به باز شدن می کند و مسیری مارپیچ را می پیماید ، یعنی ریتم باز شدنش مثل ریتم چرخش یک مارپیچ می باشد، ودر نهایت طومار با سرعتی افزاینده باز می شود وبه صورت تخت در می آید ،و چون شتاب افزاینده است وریتم حرکت مارپیچی دوباره بعد از اینکه انحنای کل فضا به صفر نزدیک شد ، انحنا و پیچش فضایی دیگری پیش می آید در جهت مخالف قبلی شروع به رمبش می کند و فضا- زمان را به حالت ارتجاعی جمع می کند، و به حالت اول باز می گردد ، به حالت فضا – فضا تبدیل می شود، ومی تواند این روند ادامه بیابد،
در این مدل اولا مدل پوسته ای فضا زمان حفظ می شود یعنی از مدل پوسته استفاده شده است، این پوسته خم شده است و پیچ خورده است ، یعنی ازمدل کیهانی استاندارددر آن استفاده شده است، مشکل تکینگی حل شده است چون از حالت فضا- فضا شروع شده است، مساله تختی فضا- زمان در آن حل شده است، همانند مدل هاوکینگ دارای دوبعد زمانی است و یک بعد فضایی دیگر دارد، یک بعد زمان در درون خود پوسته است و یک بعد زمانی مربوط به انحنای فضا.
در این مدل مساله ماده تاریک هم حل می شود ، چرا که با لوله شدن پوسته در بعد پنجم کهکشانها و اجرام موجود در صفحه کهکشان ، علاوه بر بعدی که در پوسته در فضای معمولی چهاربعدی دارند، فاصله ای هم دربعد پنجم دارند، ممکن است که کهکشانی مثل آندرومدا در پوسته چهار بعدی دومیلیون سال نوری با کهکشان راه شیری فاصله داشته باشد، ولی در بعد پنجم در اثر لول شدن فاصله آن از کهکشان راه شیری مثلا در حدود یک سال نوری باشد، با این تفصیل علاوه بر نیروی گرانشی که از پوسته منتقل می شود، که از دومیلیون سال نوری است ، نیروی گرانشی هم از بعد پنجم موثر است چرا که به ایده دکتر حامد ارکانی گرانش تنها نیرویی است که می تواند ازپوسته به ابعاد دیگر نشت کند، در محاسبات حال حاضر فقط ما گرانش از طریق پوسته که در فاصله دومیلیون سال نوری است را در نظر می گیریم ولی با احتساب بعد پنجم و نیروی گرانش حاصل از انحنا در بعد پنجم، باید گرانش جرم را در فاصله ای کمتر هم محاسبه کنیم، و ممکن است این همان گرانش مرموزی است که در جهان مشاهده می کنیم و اسم آن را ماده تاریک گذاشته ایم. چیزی که فقط اثرات گرانشی دارد .
اما انرژی تاریک می توان در این مورد این گونه استدلال کرد که در اثر برخورد دو پوسته ، در هنگام برخورد در اثر رها شدن پوسته از کند ابعاد دیگر چون نظریه ریسمان کیهان شناسی دکتر وفا ، همچون فنری که از فشار رسته باشد جهان شروع به تورم و باز شدن می کند، و این یک شتاب مثبت بر سیستم حاکم می کند، که با مشاهدات قابل انطباق است، برخلاف مدل هاوکینگ – هارتل که نمی توانست نه ماده تاریک و نه انژی تاریک مشاهده شده را توجیه کند.
