قبل از بیگ بنگ (انفجار بزرگ) جهان چه شکلی بود؟

معمولا بیگ بنگ یا همان انفجار بزرگ (big bang)، نقطه شروع دنیایی که می‌شناسیم در نظر گرفته می‌شود. لحظه‌ای که قبل از آن هیچ لحظه‌ای وجود ندارد. تقریباً 13.8 میلیارد سال پیش یک انفجار بزرگ انجام شد و بعد دنیایی که می‌شناسیم و می‌بینیم تشکیل شد. سؤالی که ذهن‌های زیادی را درگیر کرده این است که آیا واقعاً بیگ بنگ شروع همه چیز بوده؟ قبل از بیگ بنگ جهان چه وضعیتی داشته؟ در روکیدا می‌خواهیم نگاهی به دنیای ماقبل تاریخ (تاریخ کیهانی) بیندازیم. با ما همراه باشید.

قبل از بیگ بنگ دنیای ما کجا بود؟

اگر بخواهیم ساده و مختصر به این سؤال جواب بدهیم باید گفت که ما اصلاً از دنیای قبل از بیگ بنگ چیزی نمی‌دانیم و در نتیجه از اینکه جهان ما قبل از بیگ بنگ کجا بوده و چه وضعی داشته خبر نداریم. احتمالاً با این جواب کوتاه و مختصر قانع نشدید (ما هم نشدیم!)، پس باید سراغ جواب تخصصی‌تر و بلندتر برویم. به‌طور دقیق‌تر باید گفت که دنیایی که الآن می‌شناسیم قبل از بیگ بنگ ممکن است هر چیزی یا هر جایی بوده باشد و با قطعیت نمی‌شود نظر داد! خوب احتمالاً باز هم چیزی دستگیرتان نشد. پس بگذارید از اول شروع کنیم.

آغاز جهان

برای اینکه بفهمیم قبل از بیگ بنگ چه خبر بوده، باید اول خود بیگ بنگ را درست درک کنیم. یکی از نکات مهم در مورد انفجار بزرگ این است که انفجار بزرگ در واقع یک نقطه یا یک لحظه در زمان است و نه در فضا! در این موردشان کارول (Sean Carrol)، فیزیک دان تئوری پرداز موسسه فناوری کالیفرنیا توضیحات دقیق‌تری داده که در ادامه به‌طور کلی آن را توضیح می‌دهیم.
باید اعتراف کنیم که همه ما از بیگ بنگ چنین تصوری داریم: یک نقطه کوچک و بسیار فشرده از ماده در یک فضای خالی که در یک لحظه منفجر می‌شود و دنیای ما به وجود می‌آید! خوب وقتش رسیده این تصورات را دور بریزید. چرا؟ اولین نکته اینکه ممکن است اصلاً جهان قبل از بیگ بنگ آن طور که تصور می‌کنیم کوچک نبوده باشد. بحث اصلی اینجا بر سر دنیای قابل مشاهده است. یعنی دنیایی که ما قادر به دیدن آن هستیم.
درست است که پیش از انفجار بزرگ تمام دنیایی که الآن می‌شناسیم، یعنی فضای کروی با قطر تقریبی 93 میلیارد سال نوری که حداقل 2 هزار میلیارد کهکشان را در خود جای داده، فقط در فضایی کمتر از 1 سانتی متر متراکم و فشرده شده بود، ولی نباید جهان غیرقابل مشاهده را فراموش کنیم. یعنی ممکن است خارج از جهان قابل مشاهده توسط ما، یعنی چیزی که ما می‌توانیم ببینیم، اتفاقات زیادی در حال رخ دادن بوده باشد. فراموش نکنید که ما بخش بزرگی از جهان را هیچ وقت نمی‌توانیم مشاهده کنیم چون نور در طی 13.8 میلیارد سال فاصله مشخصی را می‌تواند طی کند. یعنی فاصله بیشتر از آن را ما هیچ وقت نمی‌توانیم ببینیم.

پس ممکن است جهان قبل از بیگ بنگ واقعاً همان طور که فکر می‌کنیم فقط محدود به یک فضای بسیار کوچک 1 سانتی متری، یا بر خلاف تصور ما، بسیار بزرگ و بی‌نهایت بزرگ بوده باشد. از آن جایی که ما نمی‌توانیم فعلاً در زمان سفر کنیم و بخشی از جهان که امروز خارج از دیدرس ما است را ببینیم، نمی‌شود هیچ نظر قطعی در این مورد داد. تنها چیزی که می‌دانیم این است که بخشی از ماده موجود در دنیا بسیار فشرده و چگال بوده و بعد خیلی سریع منبسط شده و در فضا پخش شده است.
در واقع از یک نظر می‌شود گفت که چیزی خارج از جهان ما وجود ندارد. چون طبق تعریفی که ما از جهان داریم، همه چیز جزو جهان است. در لحظه بیگ بنگ همه چیز بسیار فشرده‌تر و داغ‌تر از چیزی که امروز هست، بوده و همان موقع هم واقعاً چیزی خارج از جهان، وجود نداشته است.

ولی همه چیز اینجا تمام نمی‌شود. تصورات ما باز هم در مورد انفجار بزرگ باید تغییر کند! جهان ما در فضا پخش یا منبسط نشده است، بلکه خود فضا انبساط پیدا کرده! اگر می‌شد در زمان به عقب بر گردیم و لحظه‌ای که دنیا بسیار فشرده بود و بعد منفجر شد را ببینیم احتمالاً بهتر این مسئله را درک می‌کردیم. مهم نیست امروز کجای جهان هستید، به هر حال اگر در همین قسمت از فضا در زمان به عقب بر گردید به شرایط پیش از بیگ بنگ، یعنی یک نقطه فشرده و بسیار داغ بر می‌گردید و این دقیقاً یعنی اینکه ماده پس از بیگ بنگ در فضا گسترده نشده بلکه خود فضاست که گسترده شده!
هیچ کسی نمی‌داند دنیا پیش از انفجار بزرگ در چه حالی بوده و هر چیزی که می‌دانیم مربوط به لحظاتی بعد از انفجار بزرگ است. یعنی از زمانی که جهان آن‌قدر سرد شد که پروتون‌ها نوترون‌ها توانستند دور هم جمع شوند. بیشتر دانشمندان معتقدند که جهان در ثانیه اول بعد از بیگ بنگ با یک فرآیند انبساط نمایی (رشد تصاعدی توان دار) گسترش یافته است که به آن اصطلاح تورم گفته می‌شود. این مسئله باعث شده که فضا-زمان منبسط و کشیده شود. این نگاه به انفجار بزرگ می‌تواند یکنواختی توزیع جهانی که می‌شناسیم را توجیه کند.

پیش از بیگ بنگ

اما پیش از بیگ بنگ جهان چطور بود؟

احتمال دارد که پیش از بیگ بنگ، جهان گسترشی بی‌نهایت از ماده بسیار داغ و فشرده بوده باشد که در شرایط ثابت و پایا قرار داشته است. تا اینکه به دلایلی بیگ بنگ اتفاق افتاد. این دنیای بسیار فشرده پیش از بیگ بنگ با مکانیک کوانتوم قابل توضیح و درک است. فیزیکی که برای مقیاس‌های بسیار کوچک قابل استفاده است. یعنی بیگ بنگ لحظه‌ای است که فیزیک کلاسیک سرنوشت دنیای ما را از دست مکانیک کوانتوم گرفت.
استیون‌هاوکینگ مرحوم، به این لحظه از تاریخ جهان، یعنی پیش از انفجار بزرگ، علاقه زیادی داشت.. هاوکینگ می‌گفت حوادث قبل از بیگ بنگ غیرقابل اندازه گیری و در نتیجه غیر مشخص هستند. به اعتقاد هاوکینگ فضا و زمان محدود هستند ولی هیچ محدوده یا نقطه شروع و پایانی ندارند. درست مثل کره زمین که محدود است ولی لبه یا سر و ته ندارد.
اتفاقات قبل از بیگ بنگ آثار قابل مشاهده برای ما ندارند و در نتیجه خیلی اوقات دوران پیش از بیگ بنگ به‌کلی کنار گذاشته می‌شود و در تئوری‌ها گفته می‌شود که زمان از لحظه بیگ بنگ شروع شده است. ولی اگر قبل از بیگ بنگ اتفاقاتی افتاده باشد که ارزش بررسی کردن داشته باشند چه؟ یکی از تئوری‌ها این است که می‌گوید انفجار بزرگ شروع زمان نیست بلکه صرفاً لحظه تقارن (moment of symmetry) است. در این تئوری گفته می‌شود که پیش از بیگ بنگ جهان دیگری، مشابه جهان امروزی وجود داشته ولی آنتروپی یا بی‌نظمی آن به سمت گذشته در حال افزایش بوده است.

جهان هستی مانند یک قلب می تپد و منبسط و منقبض می شود؟

قانون دوم ترمودینامیک می‌گوید که آنتروپی یا بی‌نظمی جهان دائماً در حال افزایش است و هیچ وقت کاهش پیدا نمی‌کند. یعنی در هر لحظه آنتروپی یک سیستم مشخص که در اینجا کل جهان است، با لحظه قبلش تفاوت دارد و در نتیجه می‌شود گفت که آنتروپی در زمان جهت دارد. در جهان معکوسی که قبل از بیگ بنگ وجود داشته، جهت آنتروپی در زمان معکوس بوده است.
زمان مفهومی است که ما تعریف می‌کنیم و با توجه به این مسئله که آنتروپی همیشه در حال افزایش است می‌شود گفت که زمان و بی‌نظمی همیشه هم راستا هستند. در نتیجه می‌شود گفت در جهان معکوس پیش از انفجار بزرگ که بی‌نظمی دائماً در حال کاهش بود، در واقع جهت زمان معکوس بوده است! بخش‌های دیگر این تئوری هم این مسئله را مطرح می‌کند که ویژگی‌های دیگر دنیای پیش از بیگ بنگ هم درست بر عکس چیزی بوده که ما در این دنیا مشاهده می‌کنیم. مثلاً اینکه ساختمان نامتقارن مولکول‌ها و یون‌ها موقعیت و ترتیب معکوس چیزی که امروز داریم، داشته است.

نتیجه مهم این تئوری این است که بیگ بنگ دیگر شروع همه چیز نیست. یعنی فقط لحظه‌ای است که جهان از متراکم شدن به منبسط شدن تغییر حالت می‌دهد. نتیجه اینکه ممکن است جهان ما بی‌نهایت انبساط و انقباض داشته باشد و مرتباً این چرخه تکرار شود. هر چند این تئوری یک مشکل اساسی دارد و آن این است که هیچ توضیحی برای اینکه چرا و چطور جهان در حال گسترش به جهان در حال انقباض تغییر وضعیت بدهد، وجود ندارد. یعنی چرا باید جهان ما تبدیل به جهانی شود که در آن بی‌نظمی در حال کاهش است (یا به عبارتی جهت زمان معکوس می‌شود).

تئوری مادر و فرزند به جای انفجار بزرگ

در سال 2004 تئوری دیگری در مورد بیگ بنگ و جهان ما مطرح شد که قابل توجه است. در این توری گفته می‌شود که جهان ما در واقع زاده یک جهان مادر است که بخشی کوچکی از فضا زمانش پاره شده است. مثل هسته مواد رادیواکتیو! هسته عناصر رادیواکتیو هنگامی که دچار واپاشی می‌شود از خود ذرات آلفا و بتا گسیل می‌کند. دنیای مادر هم ممکن است چنین چیزی را تجربه کرده باشد با این تفاوت که به‌جای تولید ذرات آلفا و بتا، جهان‌های کوچک‌تر تولید کرده باشد. آن هم نه یک جهان، بلکه بی‌نهایت جهان! این جهان‌های فرزند در واقع جهان‌های موازی هستند و در نتیجه باهم تعاملی ندارند و بر روی هم اثری نمی‌گذارند.
شاید فکر کنید این تئوری‌ها خیلی رؤیا پردازانه است. چون دانشمندان حتی هنوز در مورد خود لحظه انفجار بزرگ هم اطلاعات درستی ندارند چه برسد به قبل از آن! در نتیجه در یک کلام باید گفت که هنوز جای کار بسیاری وجود دارد. به‌علاوه دانش ما هنوز در فیزیک بسیار کم است. به‌طور مثال باید به‌جایی برسیم که خیلی دقیق‌تر بتوانیم نیروهای کوانتومی مثل جاذبه کوانتومی را پیش بینی کنیم.
ولی اشتباه نکنید! تمام این تئوری‌ها مهم هستند و وجودشان ضرورت دارد. چون همه چیز به یک تئوری درست بر می‌گردد. تا زمانی که تئوری نداشته باشیم، اصلاً نمی‌دانیم دنبال چه بگردیم و چه‌کار کنیم.

منبع: livescience.com