محمد أحمد كيلاني
علم الكونيات الكمي هو الإطار النظري الذي يجمع بين نظريتين عظيمتين من القرن الماضي، هما، ميكانيكا الكم ونظرية النسبية العامة، وإن توحيد النظريتين هو التحدي الكبير للفيزياء الحالية.
علم الكونيات الكمي
إن التوافق السيئ بين النسبية العامة ونظرية الكم له عواقب وخيمة في عالم علم الكون، لأن الأول يصف حركة الكواكب والنجوم والمجرات بشكل مثالي، وقد قادنا إلى اكتشاف توسع الكون، فمن المستحيل فهم البنية واسعة النطاق للكون بدونها، والثاني يسمح لنا بفهم كيفية عمل الطبيعة في أصغر مستوياتها.
وهنا المشكلة، عندما بدأ الكون، قبل 13.9 مليار سنة، كانت كثافة المادة والطاقة عالية للغاية وكان الكون بأكمله أصغر من حجم ذرة الهيدروجين، لذا فإن الاعتبارات الكمومية مهمة لفهم ما حدث.
إن نسيج الزمكان، الذي لا يعتبر بالنسبة للنسبية أكثر من مجرد ترامبولين مستمر، يعاني من بعض التغييرات المهمة نتيجة نزوله إلى المستوى الكمي الذي نجد أنفسنا غير قادرين على تفسيره، ناهيك عن فهمه، وبدون نظرية الكم للجاذبية لا يمكننا أن نقول ما الذي انفجر، وكل ذلك لأن الجاذبية تقاوم التكميم.
مشاكل الجاذبية
ويعلم المنظرون أنه لا بد من اتخاذ قرارات جذرية فيما يتعلق بأي من النظريتين، لكنهم يختلفون حول الاتجاه الذي يجب اتخاذه، بالنسبة للبعض، تعتبر نظرية الكم ضرورية، وإذا كان لا بد من تشويه النسبية العامة حتى تتناسب معها في النهاية، فلا ينبغي لأحد أن يتردد.
وعلى الطرف الآخر، هناك أولئك الذين يعتقدون أن النسبية العامة مقدسة ويجب احترامها بأي ثمن: إذا كان لا بد من تطبيق نوع ما من الجراحة، فيجب تطبيقها على أسس ميكانيكا الكم، وبطبيعة الحال، فإنهم يتفقون على شيء واحد: إن النظرية الحقيقية للجاذبية الكمية ستزيل التفرد البدائي الذي بدأ به الكون.
علم الكونيات الكمي والنظريات المتنافسة
عند هذه النقطة، تدخل في الاعتبار نظرية الأوتار الشهيرة ومنافستها الأقل شهرة والتي تسمى حلقة الجاذبية الكمومية، والتي ظهرت في عام 1986 من قبل الفيزيائي الهندي أبهاي أشتيكار: ةوفقا لها، يتكون الزمكان من “حلقات” وحلقات من متناهية الصغر. أبعاد، وهذا يعني أن الزمكان نفسه منفصل.
ومع وجود هاتين النظريتين، يحاول بعض علماء الفيزياء تفسير ما حدث وقت الانفجار الكبير، إحداها، والتي تتمتع حاليًا بسمعة طيبة، تحمل الاسم الباطني “شبكة الجاذبية الكمومية لورنتزية”، على الرغم من أنها معروفة بشكل أفضل باسم التثليث الديناميكي السببي.
وتم صياغتها في عام 2006 من قبل الفيزيائيين رينات لول، ويان أمبيورن، وجيرزي يوركيويتز، وهي تأخذ أفضل ما في كلتا النظريتين للإشارة إلى أنه يمكن تمثيل الزمكان كشبكة، أو شبكة، من قطع صغيرة ذات حجم محدود تسمى (4-symplices)، والتي هي في الأساس مثلثات رباعية الأبعاد.
والشيء المثير للاهتمام هو أنه، من خلال مجموعة بسيطة من الافتراضات، يستنتج الخصائص التي نلاحظها في زمكاننا.
وهذه النظرية لديها عدد من المزايا، أول شيء – والأهم – هو أن الحسابات أبسط بكثير، وهو ما لا يعني شيئًا في هذا المجال.
ومن فوائدها الأخرى أنها لا تحتاج إلى استخدام البنية الرياضية التي تحتاجها نظرية الأوتار لكي تعمل، وهي التناظر الفائق، ويتنبأ هذا بأن جميع أنواع الجسيمات الموجودة لها شقيق توأم فائق التناظر ليس لدينا أخبار عنه ولم يظهر في أي مكان: ومن ثم فهو أحد أهداف مسرع (LHC) في جنيف.
وعلاوة على ذلك، فإنه يتنبأ بأن البروتون، الذي يعتبر مستقرًا، يضمحل في النهاية، وبالتالي، إذا لم يكن التناظر الفائق موجودًا، فإن بقاء نظرية الأوتار سيكون معرضًا للخطر، وإن التثليث السببي الديناميكي الذي لا يحتاج إليه هو أمر يرى المدافعون عنه أنه ميزة مهمة.
علم الكونيات الكمي.. الكون المنفصل
لكن ما يجعل هذه النظرية جديدة هو أن الزمكان، وهندسة الكون، بعد الانفجار الكبير مباشرة، كان من الممكن أن تبدو مختلفة عما هي عليه اليوم.
وعلى وجه الخصوص، تُظهر الحسابات أن الزمكان ينقسم إلى أجزاء منفصلة سببيًا، أي أن ما يحدث في إحدى تلك القطع من الكون ليس له أي تأثير على ما يحدث في القطعة التالية.
وهذا يؤدي إلى موقف مزعج: لقد نشأ كوننا عندما لم يكن هناك أي شخص مرتبط بأي شيء سببيًا، يقول عالم الكونيات الفرنسي أوريليان باراو: “كل نقطة في الفضاء عاشت حياتها الخاصة”.
ودعونا ندرك ما يعنيه هذا: لا شيء – لا المادة، ولا الضوء، ولا المعلومات – يمكن أن ينتقل من نقطة في الكون إلى أخرى، ولا حتى إلى أقرب مساحة مجاورة. متى حصل هذا؟ حسب ستيفن كارليب من جامعة كاليفورنيا أن ذلك حدث خلال 10 إلى 43 ثانية بعد الانفجار الكبير: وهذا ما يسمى بزمن بلانك، وهو أصغر فاصل زمني يمكننا قياسه على الإطلاق.
وأحد الجوانب الأكثر أهمية لهذه الطريقة الجديدة لرؤية الكون هو أن الزمن يصبح عنصرًا أساسيًا في الزمكان.
وهي تختلف في هذا عن النسبية، حيث يختلف الزمن عن المكان (فيها الزمن له إشارة سلبية)، وعلى العكس من ذلك، يلعب الزمن في هذه النظرية دورًا أساسيًا وليس مجرد ضيف حجري، كما يحدث في بقية النظريات الكونية: فهو جزء جوهري من بنية الكون ذاتها.
بالقرب من الانفجار الكبير
عند هذه النقطة، ينضم التثليث الديناميكي السببي إلى حلقة الجاذبية الكمومية: إذا عدنا بالزمن إلى حالات الكون ذات الكثافة الأعلى ودرجة الحرارة، أي إلى لحظات قريبة جدًا من الانفجار الكبير، فإننا نصل إلى نقطة لا يستطيع الضوء عندها يسافر.
وهذا يعني أنه لا يمكن أن يكون هناك أي نوع من الاتصال، ولا يمكن نقل أي قوة، وبالتالي، يتم فصل كل منطقة من الفضاء عن أي منطقة أخرى.
وقد أطلق على هذا الوضع الغريب اسم الصمت العظيم، وماذا يحدث إذا قررت العودة إلى الوراء قليلًا، إلى كثافات ودرجات حرارة أعلى، عندما تكون سرعة الضوء صفرًا؟ ومن ثم يصبح الزمن مكانًا: نجد أنفسنا في كون له أربعة أبعاد مكانية، بدون زمن.
وهذا سبب للفرح لأنه يمنع تشكيل التفرد الأولي الشهير: إذا كنا في عالم لا يوجد فيه وقت، فلا يمكن أن يكون هناك أصل لأن هذا يعني، بطريقة ما، أن شخصًا ما قد بدأ الساعة.
إن علم الكون الذي يتبع الجاذبية الكمومية الحلقية يحل أيضًا مسألة ما حدث قبل الانفجار الكبير، يُفترض عادة أن الانفجار الكبير كان علامة على بداية كل شيء، بما في ذلك الزمن، لكن في هذه الحالة خرج كوننا من ارتداد عظيم: كون قبل كوننا انهار لكنه لم يصبح متفردا، بل قبل ذلك بقليل، عندما انهار الكون قبل كوننا وصلت الكثافة إلى قيمة حرجة معينة، وتسببت التأثيرات الكمومية في ظهور قوة طاردة أنتجت ارتدادًا وخلقت الكون الذي نعيش فيه.
المشكلة الرئيسية في هذه اللعبة الرياضية هي أنه لا توجد طريقة للتحقق تجريبيًا مما إذا كانت هذه الرؤية لأصل الكون لها أي مظهر من مظاهر الواقع، والسبب بسيط للغاية: لا أحد يعرف ما الذي يجب أن يبحث عنه بحق الجحيم، وعلم الكونيات الكمي من المرجح أن يعرف لنا ما نجهل.
أقرأ أيضاً.. الأرض في المستقبل.. ما سيحدث على الكوكب خلال “100 مليون سنة”
