صعود وسقوط وانتعاش علم الكونيات الدوري

الكون ميت. يحيا الكون.

ليس صحيحا في هذه اللحظة، ليس بعد. ولكن في يوم من الأيام كل ما نعرفه سوف يختفي. المدن التي نبنيها، والبحيرات التي نسبح فيها، والكوكب الذي نعيش عليه، والنظام الشمسي الذي نسكنه، والنجم الذي ندور حوله، وكل نجم لا ندور حوله – كلها تتجه نحو نهاية لا مفر منها.

وفي نهاية كل ذلك، ماذا يحدث؟ يقول البعض أن كوننا الذي يتوسع باستمرار سوف يتباطأ، ثم في يوم من الأيام سيأخذ منعطفًا كونيًا، مما يؤدي إلى التراجع عن كل النمو الذي حدث منذ الانفجار الأعظم. في نهاية المطاف، سوف ينسحق كل شيء معًا في أصغر مساحة ممكنة ثم ينفجر مرة أخرى في شغب من الولادة الجديدة – هذه هي الفكرة التي نسميها علم الكونيات الدوري، أو الارتداد الكبير. لقد كانت موجودة منذ فترة طويلة، وقد واجهت الفكرة نفسها مسارًا يعكس محتوياتها. لقد كانت شائعة لفترة وجيزة في منتصف القرن العشرين، ثم فقدت شعبيتها، والآن قد تعود من جديد بفضل البيانات الجديدة من أكبر خريطة ثلاثية الأبعاد للكون تم إنشاؤها على الإطلاق، والتي تم إنشاؤها بواسطة أداة تحليل الطاقة المظلمة (DESI).

كما هو الحال أحيانًا مع الفرضيات الكونية الكبرى، فإن أنصار علم الكون الدوري يفضلونه في الغالب بسبب أناقته: إذا كان الكون دوريًا، فهذا يعني أننا ربما لا داعي للقلق بشأن ما عجل بالانفجار الأعظم أو ما كان موجودًا قبله – فهذه الأسئلة شبه المستحيلة تمت الإجابة عليها بالفعل. هناك شعور جميل بالتماثل في كل شيء. وقد عبرت كاثرين هيمانز، عالمة الفلك الملكية في اسكتلندا، عن ذلك بشكل جيد خلال الآونة الأخيرة عالم جديد حدث مشترك استضفته، حيث قالت: “يبدو لي حقًا أن الكون قد تم خلقه في انفجار كبير، فهو يتوسع، ويتباطأ، والجاذبية تسحبه مرة أخرى إلى نفسه، وهناك انسحاق كبير، وهناك انفجار كبير آخر يتوسع… وهذا ما يجعلني سعيدًا جدًا.”

وفي نفس الحدث، طرح آدم ريس، الذي فاز بجائزة نوبل لاكتشافه هو وزملائه للطاقة المظلمة، أحد الأسباب الأكثر واقعية لولع العديد من علماء الكونيات بهذه الفكرة. وقال: “نحن نحب ذلك لأنه يخبرنا أن هذا ليس وقتًا خاصًا نعيش فيه أو كونًا من لقطة واحدة”. بمعنى آخر، في الكون الدوري، لن يكون وجودنا هنا للتأمل في هذه الأشياء مجرد مصادفة لا تصدق. شخصيًا، لا أعتقد أن فكرة حدوث مثل هذه الأوقات مرارًا وتكرارًا – ربما ليس في كل ارتداد ولكن بالتأكيد في أكثر من مرة – مع كل الظروف المناسبة للحياة والأشجار والصواريخ إلى القمر، تجعل الأمر أقل خصوصية بكثير، لكنني أستطرد. ربما يكون هذا موقفًا عاطفيًا وإنسانيًا أكثر من كونه موقفًا يعتمد على قوانين الفيزياء.

لفترة طويلة، لم يعد علم الكونيات الدوري يحظى بالقبول، مدفوعًا جزئيًا بعمل ريس الذي يوضح أن الكون يتوسع بمعدل متسارع. إذا كان الفضاء بين النجوم ينمو بشكل أسرع وأسرع، فمن غير المرجح أن يتقلص في النهاية إلى لا شيء مرة أخرى. الجاذبية ليست قوية بما يكفي لمواجهة الطاقة المظلمة. وقال هيمانز: “لسوء الحظ، فإن جميع القياسات التي نجريها تخبرنا أنه لا توجد كتلة كافية في الكون لسحبها مرة أخرى”. “في الوقت الحالي، تشير الأدلة إلى موت بارد جدًا ومحزن وفارغ لكوننا.” هذه الفكرة، التي تسمى الموت الحراري، هي الآن النسخة الأكثر قبولا لما سيأتي.

هناك العديد من الأسباب الأخرى التي أدت إلى تلاشي الارتداد الكبير وتحوله إلى غموض نسبي، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى المشكلات التي تنشأ عندما نحاول فهم كيفية إعادة تدوير المادة والطاقة والإنتروبيا أو تدميرها في اللحظة الفاصلة بين الارتدادات.

القانون الثاني للديناميكا الحرارية هو نقطة شائكة: فهو يقول إن الفوضى، أو الإنتروبيا، في نظام مغلق (مثل الكون، على حد علمنا) لا يمكن أن تتناقص أبدًا. مع الكون المتوسع، من السهل تربيع ذلك – سنرى فقط زيادة بطيئة ومستمرة في الإنتروبيا على مدى عمر الكون. ولكن إذا بدأ الكون في الانكماش مرة أخرى، فإن الإنتروبيا ستبدأ في الانخفاض في المقابل. هناك طرق للتغلب على هذه المشكلة، تتضمن عمومًا دفع المشكلة إلى الدورة التالية من التوسع والانكماش. إذا أصبح الكون أكبر في كل دورة، فإن الإنتروبيا لا تزال تتزايد بشكل عام. لكن إذا قمت بالاستقراء للخلف أو للأمام في الوقت المناسب، فسوف ينتهي بك الأمر إلى نفس الموقف كما كان من قبل. ما زلنا نبدأ بانفجار كبير في بداية الكون وموت حراري في النهاية، إنه مجرد مسار أكثر تعقيدًا وتدريجيًا بين الاثنين.

تم نشر طريقة أخرى للتغلب على مشكلة الإنتروبيا في عام 2010 من قبل الفيزيائي النظري الأسطوري روجر بنروز، صاحب شهرة مثلث بنروز. يُطلق على نموذجه اسم علم الكونيات الدوري المطابق، وسيبدو تمامًا مثل الكون المتوسع باستمرار… حتى النهاية. مع توسع الكون وكل شيء يبتعد أكثر فأكثر عن أي شيء آخر، ستضمحل المادة إلى أجزائها المركبة، وفي النهاية سيكون كل شيء مجرد فوتونات متبقية تطفو في الهاوية. هذا ليس مثيرا للجدل بشكل خاص. لكن ما اقترحه بنروز بعد ذلك هو. فكرته هي أن الفراغ الشديد وانتظام الزمكان في نهاية دورة واحدة، أو الدهر، هو نفس البنية التي نتوقعها في بداية الدهر الجديد. الفكرة وراء علم الكونيات الدوري المطابق هي أنه بفضل هذه البنية المتطابقة وظيفيا (وبعض الرياضيات المعقدة للغاية)، يمكن إطلاق كون جديد متوسع من البقايا المتجمدة للكون السابق.

الفكرة متخصصة وصعبة (على الحدود مع المستحيل) لاختبارها. وقد اقترح بنروز بعض الأدلة التي يمكن قياسها على ذلك، ولكن على العموم، يميل علماء الكونيات إلى اعتبارها غير مقنعة. ومع ذلك، لم يتم دحضها أيضًا، وحقيقة أنها تمكنت من التغلب على مشكلة الإنتروبيا تعني أنه لا ينبغي التخلص منها ببساطة، حتى لو تم النظر إليها على نطاق واسع بعين الشك. لذلك، نحن عالقون دون أي طريقة لتطبيق هذه الأفكار على الكون الحقيقي الذي نعيش فيه.

أدخل ديسي. وقد أظهرت خريطتها الهائلة للكون أن الطاقة المظلمة، التي كانت تبدو في السابق وكأنها ستنمو في قوتها إلى الأبد، يبدو أنها تضعف. وهذا يعني أن التسارع الخارجي للكون يبدو وكأنه يتباطأ. وكما أكد هيمانز خلال الحدث، فإن هذا لا يعني أن الكون يعود معًا مرة أخرى، فهو لا يزال يتسارع في توسعه، ولكن ليس بنفس السرعة. ومع ذلك، يعد هذا تحولًا جذريًا في فهمنا للطاقة المظلمة، ويمكن أن يبدأ عصرًا من النظريات الجديدة حول الطريقة التي سيقضي بها الكون أيامه الأخيرة.

ومن بين تلك النظريات الجديدة، يبدو أن علم الكونيات الدوري آخذ في الظهور مرة أخرى. يقول هيمانز: “ما يمكن أن يتسبب في تغير الطاقة المظلمة قد يعني أنه في غضون 10 مليارات سنة أخرى، تضعف الطاقة المظلمة كثيرًا لدرجة أنها تنعكس وتسحب كل شيء إلى نفسه مرة أخرى، وهو أمر رائع”.

المشكلة في معرفة ما يعنيه كل ذلك هي أننا لا نفهم نسبة هائلة من الكون. تشكل الطاقة المظلمة ما يقرب من 70% من كل المادة والطاقة في الكون بأكمله؛ فهو يتحكم في المصير النهائي لكل شيء، ومع ذلك ليس لدينا أي فكرة عن ماهيته أو كيف يعمل. لقد التقينا للتو على المقاييس الزمنية الكونية، ولم يحددها ريس وزملاؤه إلا قبل أقل من 30 عامًا.

“بدون فهم طبيعة الطاقة المظلمة التي تحرك التسارع الحالي، سيكون من الصعب جدًا استقراءها في المستقبل. فهل ستضعف؟” قال ريس. “أود أن أقول إن كل الرهانات قد انتهت بشأن المستقبل.” ربما لا تزال الأموال الذكية على طرف بارد وفارغ من الكون، ولكن للمرة الأولى منذ قرن من الزمان، قد يكون من المفيد أيضاً أن نراهن على الارتداد الكبير.