تکینگی اولیه کیهانی

مدل مهبانگ کلاسیک در چارچوب نسبیت عام، بدون در نظر گرفتن اثرات کوانتومی. اگر یک بخش از جهان را به عقب در زمان دنبال کنیم، تا جایی می‌رسیم که طبق قوانین فیزیک کلاسیک، جهان به حالت تکینگی فرو می‌ریزد.

تکینگی کیهانی (به انگلیسی: Initial singularity) در کیهان‌شناسی کلاسیک (نسبیت عام) به وضعیتی اشاره دارد که در معادلات، چگالی و انحنای فضا–زمان به بی‌نهایت میل می‌کند. این مفهوم به معنای وجود یک نقطه فیزیکیِ واقعی پیش از مهبانگ نیست، بلکه نشان‌دهندهٔ ناتوانی نظریه‌های کنونی در توصیف شرایط در لحظهٔ آغازین است. تکینگی کیهانی یک تکینگی است که بر پایهٔ برخی مدل‌های نظریهٔ مه‌بانگ تصور می‌شود پیش از مه‌بانگ وجود داشته است و تمام انرژی و فضازمانِ کیهان را شامل بوده است.[۱][۲] دوره پلانک (تقریباً ۴۳-۱۰ ثانیه پس از مهبانگ) قدیمی‌ترین بازهٔ زمانی است که می‌توان دربارهٔ آن بحث کرد.

مدل‌های سنتی کیهان

مدل مهبانگ همراه با تورم کیهانی در چارچوب نسبیت عام (Inflationary Big Bang Model). حتی با تورم، اگر زمان را به عقب ببری، مدل همچنان به یک تکینگی آغازین ختم می‌شود.

استفاده از تنها نسبیت عام برای پیش‌بینی آنچه در آغاز جهان رخ داده به شدت مورد انتقاد بوده است زیرا مکانیک کوانتومی عامل مهمی در محیط پرانرژی اولیهٔ کیهان است و نسبیت عام به تنهایی نمی‌تواند پیش‌بینی‌های دقیق مورد نیاز را برآورده کند.[۱][۳] به دلیل ناکارآمدی نسبیت عام در مقیاس‌های پلانک، مدل‌های نظری جایگزینی برای آغاز جهان پیشنهاد شده‌اند. یکی از آن‌ها در چارچوب نظریه ریسمان است که در آن جهان ما یک بران (غشای چهاربعدی) در فضای با ابعاد بالاتر فرض می‌شود. در این دیدگاه، برخورد دو بران می‌تواند منجر به آزاد شدن انرژی و پیدایش ماده و تابش گردد و به‌صورت مؤثر همانند یک مهبانگ عمل کند.[۴]

اگرچه هیچ مدرک مستقیمی برای تکینگی چگالی بی‌نهایت وجود ندارد، پس زمینه مایکروویو کیهانی شاهدی بر این است که جهان از یک حالت بسیار داغ و متراکم منبسط شده است.[۵]

جایگزین‌هایی برای تکینگی

در مدل کلاسیک بیگ‌بنگ (بر پایهٔ نسبیت عام)، اگر زمان را به عقب برگردانیم، همه‌چیز به یک «تکینگی» می‌رسد: حجم صفر، چگالی بی‌نهایت. اما وقتی قوانین مکانیک کوانتومی هم در نظر گرفته می‌شوند، این تصویر فرو می‌ریزد. به عبارت دیگر نسبیت عام می‌گوید فضا–زمان به صفر می‌رسد در حالی‌که مکانیک کوانتومی می‌گوید در مقیاس‌های بسیار ریز (نزدیک زمان پلانک) نوسان‌های کوانتومی اجازهٔ چنین فروپاشی نامتناهی را نمی‌دهند. به همین خاطر، فیزیک‌دانان مدل‌های جدیدی ساخته‌اند که توضیح دهند پیش از مهبانگ چه بوده و مهبانگ چگونه رخ داده است.

یکی از مدل‌های جایگزین، بر پایهٔ گرانش کوانتومی حلقه‌ای (Loop Quantum Gravity)، آغاز جهان را نه به‌صورت یک مهبانگ منفرد، بلکه به‌صورت رشته‌ای از «مه‌بنگ‌های جهشی» (Big Bounces) توصیف می‌کند. در این تصویر، نوسان‌های کوانتومی مانع از فروریزش کامل جهان می‌شوند و هر بار جهشی تازه، انبساطی جدید آغاز می‌کند. این نظریه حتی یک چرخه کیهانی پیشنهاد می‌دهد: هر جهان پس از پایان جهان پیشین به‌وجود می‌آید و می‌تواند ثابت‌های فیزیکی متفاوتی داشته باشد.[۶][۳]

با این حال، چنین سناریوهایی مورد انتقاد قرار گرفته‌اند، زیرا با قضیهٔ Borde–Guth–Vilenkin ناسازگار دانسته می‌شوند. ولی نسخه‌های اصلاح‌شده‌ای که فقط یک جهش منفرد (به‌جای چرخهٔ پیوستهٔ جهش‌ها) را در نظر می‌گیرند، می‌توانند از این اشکال عبور کنند ــ به‌ویژه اگر فاز انقباضی تهی باشد (مدل فشرده میلن) و جهان در قالبی (۲+۱)-بعدی فرض شود، چرا که در این حالت خلأ ویژگی پایداری خاصی دارد.

زاد و ولد دیگری بر اساس نظریه M و مشاهدات پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (CMB)، بیان می‌کند که جهان یکی از بسیاری از جهان‌های چندگانه است و در نتیجهٔ نوسانات کوانتومی، از جهان دیگری بیرون آمده است. این توضیح برخلاف ایدهٔ وجود یک جهان واحد است.[۷]

در عین حال، موفقیت بزرگ کیهان‌شناسی مبتنی بر تورم کیهانی (Inflationary Cosmology) باعث شده است که مسألهٔ تکینگی یا جایگزین‌های آن از نظر عملی چندان حیاتی نباشد، چراکه مدل تورمی شرایط آغازینی فراهم می‌کند که هم با سناریوی مهبانگ و هم با مشاهدات اخترفیزیکی سازگار است. این چارچوب چه فرض کنیم جهان از یک تکینگی آغاز شده باشد، چه از یک جهش، و چه از رخدادی کوانتومی، در هر صورت نتایج مشابهی به دست می‌دهد.[۸]

منابع

  1. 1 2 Wall, Mike (21 October 2011). "The Big Bang: What Really Happened at Our Universe's Birth?". The History & Future of the Cosmos. Space.com. Retrieved April 16, 2012.
  2. ↑ Hawking, Stephen. "The Beginning of Time". Archived from the original on 2018-07-13. Retrieved 26 December 2020.
  3. 1 2 Penn State (2 July 2007). "What Happened Before The Big Bang?". ScienceDaily. Retrieved April 16, 2012.
  4. ↑ Lamb, Robert (12 May 2010). "Branes, Crunches, and Other Big Ideas". What existed before the big bang?. HowStuffWorks. Retrieved April 16, 2012.
  5. ↑ "What If the Big Bang Wasn't the Beginning? New Study Proposes Alternative". Space.com. Retrieved 2 April 2018.
  6. ↑ Penn State (2 July 2007). "What Happened Before The Big Bang?". ScienceDaily. Retrieved April 16, 2012.
  7. ↑ Atkinson, Nancy (13 June 2008). "Thinking About Time Before the Big Bang". Universe Today. Universe Today. Retrieved April 16, 2012.
  8. ↑ "Initial singularity". Wikipedia (به انگلیسی). 2025-09-15.
This article is issued from ویکی‌پدیا. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.