زمان قبل زمان

زمان قبل زمان(******)

من دون متفردة تحدد بداية الزمان، يمكن إرجاع تاريخ الكون إلى أبعد مما كان يظنه علماء الكون في وقت من الأوقات. وقد توصل فيزيائيون آخرون إلى نتيجة مماثلة(11)، لكن نماذجهم نادرا ما تحلّ مشكلة المتفردة حلا شاملا؛ فمعظم النماذج النظرية، بما في ذلك النماذج التي تستوحي نظرية الأوتار(12)، تتطلب افتراضات تتعلق بما يمكن أن يكون قد حصل في هذا الحيز غير المريح. وعلى العكس من هذه النماذج، فإن نظرية الثقالة الحَلقية قادرة على اقتفاء أثر ما قد حصل في المتفردة. ومع أن السيناريوهات المرتكزة على نظرية الجاذبية الحَلقية مبسطة تبسيطا مقبولا، فإنها تقوم على مبادئ عامة وتتفادى إدخال افتراضات مفصلة على مقاسها.

وباستخدام معادلات فرقية، يصبح بمقدورنا محاولة إعادة بناء الماضي السحيق. ويتمثل أحد السيناريوهات الممكنة في هذا المجال بأن حالة الكثافة البدائية العالية قد ظهرت عندما انهار كون سابق الوجود تحت تأثير القوة الجاذبة الخاصة بالثقالة. وقد تنامت الكثافة كثيرا إلى أن بلغت حدا تحولت عنده الثقالة إلى قوة نابذة، وراح الكون يتوسع من جديد. ويطلق علماء الكون على هذه العملية مصطلح ارتداد bounce.


[ماذا تفعل ذرات المكان]
تبدو نابذة تماما(*******)
حين تحشر طاقة في حجم فضائي، يتقلص طول موجات الجسيمات تحت الذرية الحاملة لهذه الطاقة، إلى أن يصبح بحجم «ذرات» الزمكان.
وعندئذ لا يبقى فسحة للمكان. فإذا حاولتَ ملء المكان بمزيد من الطاقة، فإن هذا المكان سيلفظ الطاقة الزائدة. وسيبدو الأمر وكأن الثقالة التي تولدها المنطقة المكانية قد انقلبت من قوة جاذبة إلى قوة نابذة.

وقد كان أول نموذج ارتداد تم تحريه تحريا شاملا حالة مثالية، كان الكون فيها متناظرا تناظرا عالي المستوى، واحتوى نوعا واحدا فقط من المادة. ولم يكن للجسيمات تحت الذرية لهذه المادة كتلة، ولا يتفاعل كل منها مع الآخر. ومع أنه كان نموذجا مبسطا، فإن فهمه اقتضى بدايةً، مجموعة من المحاكيات العددية التي لم تنجز إلا في عام 2006 من قبل <A.أشتيكار> و <T.بفلوفسكي> و<P.سينگ>، وجميعهم يعملون في جامعة ولاية پنسلفانيا الأمريكية. وقد اعتبروا أن انتشار الموجات يُمثِّل الكون قبل الانفجار الأعظم وبعده. وقد أظهر النموذج النظري بوضوح أن موجة ما لن تتبع على نحو أعمى المسار التقليدي المفضي إلى هاوية المتفردة، بل ستتوقف وتعود أدراجها مرة أخرى بمجرد أن يبدأ تأثير الثقالة الكمومية النابذ.

[ماذا تفعل ذرات المكان]
تبدو نابذة تماما(********)
حين تحشر طاقة في حجم فضائي، يتقلص طول موجات الجسيمات تحت الذرية الحاملة لهذه الطاقة، إلى أن يصبح بحجم «ذرات» الزمكان.
في أحد السيناريوهات، يكون الكون أبديا. إنه ينهار على ذاته، بالغا أقصى كثافة مسموح له بأن يبلغها (عند نقطة الارتداد)،
ثم يعاود توسعه من جديد.

ثمة حالة بديلة مفادها أن الكون، قبل الارتداد الأعظم، كان في حالة كمومية لا يمكن تصورها تقريبا، لا تشبه المكان، وذلك حين قدح شيء ما زناد الارتداد الأعظم وتكوُّن ذرات الزمكان. أما تحديد إحدى هاتين الحالتين التي كانت موجودة فعلا، فيتعلق بتفصيلات أخرى لايزال الفيزيائيون يدرسونها.


يمكن لعلماء الفلك البحث عن أدلة على وجود ذرات الزمكان، مثلما يفتش العلماء عن نظائر للحركة البراونية العشوائية.

وقد أسفرت هذه المحاكيات عن نتيجة مثيرة مفادها أن مبدأ الارتياب(13) uncertainty principle الشهير في علم الميكانيك الكمومي بقي صامتا إلى حدٍ ما خلال الارتداد. فأي موجة من موجات هذه المحاكيات كانت تظل متوضعة في مكانها طوال الارتداد بدلا من أن تتوسع نحو الخارج كما تفعل عادة الموجات الكمومية. وبأخذ هذه النتيجة على عِلاتها، فإنها قد أوحت أن الكون قبل الارتداد كان مماثلا لكوننا على نحو ملحوظ؛ أي إنه كان محكوما بنظرية النسبية العامة وربما كان مملوءا أيضا بالنجوم والمجرات. وإذا كان ذلك الكون على هذا النحو، فلابد أنه سيكون بمقدورنا أن نستوحي من كوننا النتائج الخاصة بماضيه مرورا بالارتداد، وأن نستدل على ما جاء قبله، تماما مثل قدرتنا على رسم مَسَارَيْ كُرَتَيْ بلياردو قبل تصادمهما، انطلاقا من معرفتنا بمساريهما بعد الاصطدام. لذا، فإننا لسنا بحاجة إلى أن نعرف كل تفصيل من تفاصيل الاصطدام بمقياس ذريّ.

ولسوء الحظ، فإن تحليلي اللاحق قد بدّد هذا الأمل. فقد تبين أن هذا النموذج النظري ما هو سوى حالة خاصة، مثله في ذلك مثل الموجات الكمومية المستخدمة في المحاكيات العددية. وإجمالا، فإنني وجدتُ أن الموجات قد انتشرت نحو الخارج، وأن الآثار الكمومية كانت على قدر من القوة كاف لوجوب أخذها بالحسبان. وبناء عليه، فإن الارتداد ليس دفعة قصيرة الأمد سببها قوة نابذة، على نحو ما يحصل عند تصادم كرات البلياردو. بل، بدلا من ذلك، ربما مثَّل هذا الارتداد ظهور عالمنا من حالة كمومية تتصف إلى حد بعيد بالغرابة والاستعصاء على الفهم ـ عالم في حالة من الاضطراب المتموج تموجا هائلا. حتى ولو سبق أن كان العالم الموجود من قبلُ مشابها لعالمنا، فإنه مرّ عبر مدة طويلة تأرجحت عبرها كثافة المادة والطاقة تأرجحا قويا وعشوائيا أدى إلى خلط كل شيء في ذلك الكون.

لم تكن التأرجحات قبل الانفجار الأعظم وبعده مترابطة ترابطا قويا. فربما كان الكون يتأرجح قبل الانفجار الأعظم بطريقة مختلفة عن تأرجحه بعد هذا الانفجار، ومن ثم لم تستمر هذه التفاصيل بالوجود بعد انقضاء الارتداد. وباختصار، فإن الكون السابق يعاني حالة مأساوية من النسيان. ربما كان موجودا قبل الانفجار الأعظم، ولكن التأثيرات الكمومية التي حصلت خلال الارتداد طمست معظم آثار ما قبل هذا التاريخ.

بعض من مخلفات الذاكرة(*********)

صورة الانفجار الأعظم هذه أكثر دقة من الرؤية التقليدية للمتفردة. ففي حين تُخْفِقُ نظرية النسبية العامة في المتفردة، فإن نظرية الثقالة الحَلقية قادرة على التعاطي مع الظروف المتطرفة الموجودة في هذه المتفردة. فلم يعد الانفجار الأعظم مجرد بداية فيزيائية، أو متفردة رياضياتية، بل إنه يضع قيودا عملية على معرفتنا عمليا. وبصرف النظر عما وصلنا من ذلك الكون، فإنه غير قادر على تقديم رؤية شاملة لما حدث قبله.

ومع أن ذلك قد يكون محبطا، فإنه ربما كان نعمة فيما يخص المفاهيم. ففي المنظومات الفيزيائية، كما هو الحال في الحياة اليومية، تنحو الفوضى إلى التزايد. وهذا المبدأ، الذي يسمى بالقانون الثاني لعلم الديناميك الحراري (الترموديناميك)، حجة ضد مفهوم كون أبدي. فلو أن النظام كان يتناقص طوال زمن لا حدود له، لوجب أن يكون الكون قبل الآن بعيدا عن الانتظام إلى حد بعيد، مع ما يترتب على ذلك من استحالة شبه تامة لوجود البُنَى التي نراها اليوم في المجرات، وفي الأرض أيضا.

ووفقا لعلم الديناميك الحراري (الترموديناميك) التقليدي، فإنه لا وجود لسجل للأحداث؛ فكل منظومة تحتفظ على الدوام بذكرى من ماضيها متجسدة في ذراتها [انظر: «الأصول الكسمولوجية لسهم الزمن»،مجلة العلوم، العددان2/1(2009) ،ص4]. ولكن نظرية الثقالة الكمومية الحَلقية بسماحها لعدد ذرات الزمكان بالتبدل، فإنها تسمح للكون بأن يرتب نفسه بحرية أكثر من الحرية التي تقترحها له الفيزياء التقليدية.

لا يعني جميع ذلك أنه ما من أمل لدى الكوسمولوجيين بسبر الحقبة الكمومية ـ التثاقلية. فالموجات التثاقلية والنُترينوهات(14) neutrinos هي على وجه الخصوص أدوات واعدة، لأنها نادرا ما تتفاعل مع المادة، ومن ثم فإنها تخترق الپلازما البدائية من دون خسارة تذكر. وربما يكون بمقدور هذه الرسل أن تجلب لنا رسائل من زمن قريب من لحظة الانفجار الأعظم، لا بل ربما من زمن قبلها.

ودراسة بصمة الموجات التثاقلية على أشعة الخلفية الكونية القصيرة الموجة(15)(16) (CMBR) هي إحدى وسائل التفتيش عن هذه الموجات [انظر: «أصداء من الانفجار الأعظم»،مجلة العلوم، العدد 10(2001) ، ص 34]. فإذا كانت الثقالة الكمومية ـ التثاقلية النابذة هي التي تُحدث الانتفاخ الكوني، فربما تلَمِّح هذه الأرصاد إلى ذلك. ويجب أيضا على الفيزيائيين النظريين أن يحددوا ما إذا كان بمقدور هذا المصدر المستجد للانتفاخ أن يعيد إنتاج قياسات كونية أخرى، خاصة قياس التوزع المبكر لكثافة المادة الذي نراه اليوم في أشعة الخلفية الكونية القصيرة الموجة.