حالة الكون الصغير

كما يقول دوغلاس آدامز، الكون كبير.

إن الخلفية الكونية الميكروية (CMB) هي أبعد ضوء يمكننا رؤيته، ويستغرق أكثر من 13 مليار سنة للوصول إلينا. يمثل هذا حافة الكون المرئي، وبينما قد تعتقد أن عرض الكون كان 26 مليار سنة ضوئية، بفضل التوسع الكوني، فهو الآن أقرب إلى 46 مليار سنة ضوئية. بكل المقاييس، انها ضخمة. لكن معظم علماء الكونيات يعتقدون أن الكون أكبر بكثير من الزاوية التي يمكننا ملاحظتها. كل ما يمكننا رؤيته هو مساحة صغيرة ذات اتساع لا يمكن تصوره، إذا لم يكن هناك خلق لا نهاية له. ومع ذلك، تشير ورقة بحثية جديدة إلى أن الكون المرئي موجود على الأرجح.

بمعنى آخر، على المقياس الكوني، الكون صغير جدًا.

هناك العديد من الأسباب التي تجعل علماء الكونيات يعتقدون أن الكون كبير. أحدهما هو انتشار الأبراج. إذا لم يتوسع الكون إلى ما هو أبعد مما يمكننا رؤيته، فإن المجرات الأكثر بعدًا ستشعر بجاذبية نحو الجزء الذي نعيش فيه من الكون، ولكن ليس بعيدًا عنا، مما يؤدي إلى تجمعات غير متماثلة. لأن المجرات لها نفس الحجم في جميع أنحاء الكون المرئي. وبعبارة أخرى، فإن الكون المرئي متجانس ومتناحي الخواص.

النقطة الثانية هي ذلك الزمكان مسطح. لو لم يكن الزمكان مسطحًا، لتشوهت رؤيتنا للمجرات البعيدة، مما يجعلها تبدو أكبر أو أصغر مما هي عليه في الواقع. تبدو المجرات البعيدة أكبر قليلاً بسبب التوسع الكوني، ولكن ليس بطريقة تمثل الانحناء الكلي للزمكان. واستنادا إلى حدود ملاحظاتنا، فإن تسطيح الكون يعني أنه أكبر بما لا يقل عن 400 مرة من الكون المرئي.

صحيح أن الخلفية الكونية الميكروية تكاد تكون جسمًا أسود مثاليًا. هناك تقلبات طفيفة في درجة حرارته، لكنها أكثر ثباتًا مما ينبغي. ولتفسير ذلك، اقترح علماء الفلك فترة من التوسع الهائل بعد الانفجار الكبير، تسمى التضخم الكوني المبكر. لم نلاحظ أي دليل مباشر على ذلك، لكن هذا النموذج يحل العديد من المشاكل الكونية وهو مقبول على نطاق واسع. إذا كان النموذج دقيقا، فإن الكون في المرتبة 10²⁶ مرات أكبر من الكون المرئي.

بالنظر إلى كل هذه الأدلة النظرية والرصدية، كيف يمكن لأي شخص أن يجادل بأن الكون صغير؟ ويرتبط بنظرية الأوتار والمستنقعات.

على الرغم من أن نظرية الأوتار غالبًا ما يتم تقديمها كنظرية فيزيائية، إلا أنها في الواقع عبارة عن مجموعة من الأساليب الرياضية. يمكن استخدامه في تطوير النماذج الفيزيائية المعقدة، ولكنه يمكن أيضًا أن يكون رياضيًا في حد ذاته. إحدى مشكلات ربط رياضيات نظرية الأوتار بالنماذج الفيزيائية هي أن التأثيرات لا تُرى إلا في المواقف المتطرفة للغاية، وليس لدينا ما يكفي من بيانات المراقبة لاستبعاد النماذج المختلفة. ومع ذلك، فإن بعض نماذج نظرية الأوتار واعدة أكثر من غيرها. على سبيل المثال، بعض النماذج متوافقة مع الجاذبية الكمومية، في حين أن البعض الآخر ليس كذلك. في كثير من الأحيان يعرّف المنظرون “مستنقع” النظريات غير المقنعة.

عندما تفصل الأراضي النظرية الواعدة عن المستنقع، فإن ما يتبقى لديك هو نظريات لا يعتبر التضخم الكوني المبكر خيارًا لها. معظم نماذج نظرية الأوتار التضخمية متعثرة. وهذا يقودنا إلى التساؤل عما إذا كان بإمكاننا بناء نموذج كوني يتوافق مع الملاحظة دون تضخم مبكر. وهو ما يقودنا إلى هذه الدراسة الجديدة.

إحدى الطرق للوصول إلى التضخم الكوني المبكر هي النظر إلى الهياكل ذات الأبعاد الأعلى. تعتمد النسبية العامة الكلاسيكية على أربعة أبعاد فيزيائية، ثلاثة أبعاد وزمن واحد، أو 3+1. رياضيًا، يمكنك أن تتخيل كونًا 3+2 أو 4+1 حيث يمكن دمج البنية العالمية في بنية 3+1 مفيدة. وهذا نهج شائع في نظرية الأوتار لأنه لا يقتصر على الإطار القياسي للنسبية العامة. يوضح المؤلفون أنه، في ظل الظروف المناسبة، يمكنك إنشاء بنية عالية الأبعاد ضمن نظرية الأوتار، والتي تتوافق مع الملاحظة، وتتجنب الغمر. واستنادًا إلى نماذج الألعاب الخاصة بهم، قد يكون الكون أكبر بمئة أو ألف مرة من الكون المرصود. لا يزال كبيرا مقارنة بالنماذج التضخمية المبكرة، ولكنه صغير تماما.

كل هذا هو تخميني إلى حد كبير، ولكن بطريقة ما هو تضخم كوني مبكر. إذا كان التضخم الكوني المبكر حقيقيًا، فيمكننا ملاحظة تأثيره من خلال موجات الجاذبية في المستقبل. إذا فشلنا في ذلك، فقد يكون من المفيد النظر عن كثب إلى نماذج نظرية الأوتار التي تبقينا خارج المستنقع النظري.

ملحوظة: لينيرز، جان لوك وكوينتين، جيروم. “كون صغير“. طبعة arXiv المسبقة أرخايف:2309.03272 (2023)