آیا قبل از انفجار بزرگ وجود داشت؟ جیم الخلیلی درباره گیجی زمان

زمان مدام از ما دور می شود این یک رابطه پر از تجربه ذهنی ما دارد - گاهی اوقات کند می شود یا طولانی می شود. و در مواقع دیگر سرعت خود را افزایش می‌دهد، به نظر می‌رسد با افزایش سن، سال‌ها در حال پرواز هستند. سلول‌های مغز ما حتی زمانی که خسته هستیم، حس زمان را تحریف می‌کنند.

در فیزیک، زمان پیچیده‌تر می‌شود و در تئوری‌های نسبیت - تجربه تیک تاک ساعت نسبت به ناظر و مکان آنها در فضا - و آنتروپی، که به زمان جریان یک‌طرفه‌اش می‌دهد، گنجانده می‌شود. در همین حال، مکانیک کوانتومی نشان می دهد که زمان می تواند هم به جلو و هم به عقب حرکت کند، حداقل در داخل سیستم های کوانتومی.

جیم الخلیلی نویسنده و فیزیکدان نظری در این گزیده از کتاب «در زمان: فیزیک که جهان را تیک می زند» (انتشارات دانشگاه پرینستون، 2026)، به این احتمال می پردازد که زمان با بیگ بنگ آغاز نشده است - اما اگر این طغیان فقط یک لحظه دیگر بود، قبل از آن چه چیزی وجود داشت؟

یک نظریه کیهان‌شناسی جایگزین برای آن نظریه وجود دارد که می‌گوید بیگ بنگ آغاز زمان خود را نشان می‌دهد، که پس از آن دوره کوتاهی از تورم سریع فضا دنبال شد. جایگزین به عنوان تورم ابدی شناخته می شود. در این سناریو، جهان ما به عنوان یک حباب کوچک در فضایی بی نهایت متولد شد که برای همیشه در معرض تورم بوده است.

بنابراین، به جای اینکه زمان با بیگ بنگ ما شروع شود، ما باید بیگ بنگ را رویدادی بدانیم که در لحظه ای از زمان رخ داده است، که در آن منطقه ما از این فضای بینهایت ناگهان متورم نشد و در عوض شروع به گسترش با سرعتی آرام تر کرد.

بنابراین به جای اینکه یک دوره کوتاه تورم درست پس از بیگ بنگ اتفاق بیفتد، در نظریه تورم ابدی برعکس است، با بیگ بنگ پایان تورم در قسمت ما از فضا را نشان می دهد و جهان حبابی ما را ایجاد می کند که تورم خارج از آن ادامه دارد. این تئوری پیش‌بینی می‌کند که انفجارهای بزرگ دیگری در جاهای دیگر اتفاق می‌افتد که باعث پیدایش جهان‌های دیگر می‌شود - احتمالا تعداد نامحدودی از آنها - که همه برای همیشه از یکدیگر جدا شده‌اند، و همه توسط فضای همیشه در حال گسترش و به سرعت در حال متورم شدن خارج از آنها از هم جدا می‌شوند.

کلیت این فضای نامتناهی را چندجهانی می‌نامند تا آن را از جهان‌های حبابی مجزا متمایز کنند.

برخی از فیزیکدانان استدلال می کنند که چنین ایده ای خارج از علم مناسب است، زیرا ما راهی برای آزمایش آن نداریم. دو ایده دیگر در مورد اینکه آیا بیگ بنگ آغاز زمان بوده است یا خیر وجود دارد که هر دو جایگزینی برای نظریه تورم هستند. اولین مورد این است که جهان ما بخشی از یک فرآیند تکرار شونده است که کیهان‌شناسی چرخه‌ای منسجم نامیده می‌شود.

این ایده که توسط راجر پنروز ارائه شد، نشان می‌دهد که جهان ما در حال گذراندن یک سری بی‌نهایت زندگی، یا دوره‌هایی است که هر کدام با یک انفجار بزرگ شروع می‌شوند و با جهانی در تعادل گرمایی خاتمه می‌یابند که فقط با تابش گرمایی پراکنده یکنواخت پر شده است. ایده در اینجا، همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، این نیست که جهان قبل از فروپاشی به یک «خراش بزرگ» که سپس انفجار بزرگ دوره بعدی را نشان می‌دهد، به حداکثر انبساط می‌رسد، بلکه بیشتر به دلیل یک ایده هندسی ظریف به نام «نقشه‌برداری هم‌نوع» است که انتهای بسیار متفاوت یک جهان (سرد و گسترده) را به هم متصل می‌کند.

هفتم تولد بعدی (گرم و متراکم).

پیشنهادهای دیگر برای زمان قبل از انفجار بزرگ شامل جهان آینه‌ای و جهانی است که بی‌پایان از طریق انبساط و انقباض می‌چرخد. (اعتبار تصویر: Curly_photo/Getty Images) من بیشتر از این در مورد این نظریه صحبت نمی کنم، به ویژه از آنجایی که استدلال شده است که از چندین نقص مانند مشکل بقای اطلاعات (مشابه به اصطلاح پارادوکس اطلاعات سیاه چاله) و دشواری تطبیق آنتروپی بالا در پایان دوره قدیم با آنتروپی پایین دوره جدید رنج می برد.

یک فرضیه مرتبط، که من اعتراف می کنم که از نظر زیبایی شناختی نسبتا جذاب است، به عنوان مدل جهان ekpyrotic شناخته می شود. این نام بر اساس کلمه یونانی ekpyrosis (ἐκπύρωσι) به معنای «آتش سوزی» است که به مدلی کیهان‌شناختی پیشنهاد شده توسط فیلسوفان رواقی یونان باستان اشاره دارد که در آن جهان بی‌پایان از طریق تولد آتشین، انبساط، و سرد شدن می‌چرخد و به دنبال آن انقباض، گرم شدن مجدد و تولد دوباره می‌چرخد.

نام «جهان اکپیروتیک» توسط یکی از مبتکران نظریه مدرن، پل استاینهارت ابداع شد. این ایده از دنیای بسیار ریاضی نظریه ریسمان بیرون آمده است. اساسا، کل فضای سه بعدی ما (که می دانیم در واقع بخشی از فضازمان 4 بعدی است) چیزی را تشکیل می دهد که به آن brane 3D (تعمیم با ابعاد بالاتر یک غشاء یا ورق دو بعدی) می گویند. این غنچه سه بعدی ما در فضایی با ابعاد بالاتر (4 بعدی) شناور است و انفجار بزرگ زمانی است که با یک برن همسایه برخورد کرد (به یک معنا این جهان دیگری است).

این برخورد گرما و تشعشع فوق العاده ای ایجاد می کند (بیگ بنگ) و باعث گسترش فضای ما می شود.

در همان زمان، در حال دور شدن از برن دیگر است که با آن برخورد کرده است، اما در نهایت قبل از اینکه به عقب کشیده شوند، به حداکثر جدایی از آن می رسد و دوباره در یک انفجار بزرگ جدید برخورد می کند. در اینجا من صرفا می‌خواهم تأکید کنم که اگر این نظریه درست باشد، ممکن است آغازی وجود نداشته باشد، و قطعا در بیگ بنگ وجود نداشته است.

اگر جهان آینه ای در سمت دیگر بیگ بنگ وجود داشته باشد که در جهتی تکامل می یابد که ما تصور می کنیم به سمت گذشته است؟

مدل کیهان‌شناختی دیگری که نیاز به تورم را نیز برطرف می‌کند، و همچنین نشان می‌دهد که انفجار بزرگ آغاز زمان نبوده است، توسط یکی دیگر از مبتکران ایده جهان اکپیروتیک، نیل توروک، پیشنهاد شده است. اما این ایده که به عنوان نظریه «جهان آینه ای» شناخته می شود، متفاوت است. این ایده خوبی است و مطمئنا پارادوکس لوشمیت در مورد تضاد بین تقارن زمانی و قانون دوم ترمودینامیک را حل می کند.

با توجه به معادلات بنیادی زیربنایی متقارن زمانی فیزیک، شروع یک سیستم در هر لحظه دلخواه به این معنی است که آنتروپی آن باید به همان اندازه در گذشته افزایش یابد که در آینده افزایش می یابد.

انحصاری Live Science Pro

5 حقیقت شگفت انگیز درباره بیگ بنگ، نظریه ای که تاریخ جهان را تعریف می کند

چه می شد اگر انفجار بزرگ آغاز نبود؟ تحقیقات جدید نشان می دهد که ممکن است در داخل یک سیاهچاله رخ داده باشد

7 کشف دور در مورد آغاز جهان

اما این فقط منطقی نیست. اگر سیستم همیشه قبل از لحظه دلخواه انتخابی ما دارای آنتروپی بالاتری باشد، پس با شروع از هر یک از آن زمان‌های قبلی باید شاهد کاهش آنتروپی سیستم باشیم تا به حالت خود در لحظه دلخواه اولیه برسد. بنابراین، نمی تواند خودسرانه باشد; سیستم باید در آن لحظه، یعنی لحظه انفجار بزرگ، در وضعیتی خاص قرار می گرفت. اگر زمان شروع آن باشد، هیچ افزایشی در آنتروپی به عقب در زمان وجود نخواهد داشت.

اما اگر جهان آینه‌ای در سمت دیگر بیگ بنگ وجود داشته باشد که در جهتی تکامل می‌یابد که ما آن را به سمت گذشته می‌دانیم، چه؟ این دقیقا همان چیزی است که توروک پیشنهاد می کند. آنچه تمیز است (یا راحت است، بسته به اینکه چقدر این نظریه را دوست دارید) این است که هر دو طرف بیگ بنگ به طور کامل از یکدیگر جدا شده اند و هرکدام زمان را در جهت افزایش آنتروپی می بینند.

اگر چنین جهان آینه‌ای وجود داشته باشد و حاوی حیات هوشمندی باشد که به ایده جهان آینه‌ای نیز برخورد کرده است، آن‌وقت آنها فکر می‌کنند که طرف ما قبل از بیگ بنگ بوده است، همانطور که ما فکر می‌کنیم طرف آنهاست. علاوه بر حذف تورم، این ایده همچنین به راحتی توضیح می‌دهد که چرا در جهان ما ماده بیش از پادماده وجود دارد، زیرا حدس بزنید، جهان آینه‌ای آن را برعکس خواهد داشت: چیزی که آنها ماده عادی می‌نامند، ضد ماده ما است.

چقدر باید این نظریه های کیهان شناختی را جدی بگیریم؟ آیا آنها حتی علم مناسبی هستند؟ طرفداران آن‌ها می‌دانند که برای حمایت از فرضیه‌های خود به نوعی شواهد تجربی نیاز دارند، مانند ردپایی از واقعیت قبل از انفجار بزرگ در پس‌زمینه مایکروویو کیهانی ما. زیرا بدون شواهد مشاهده ای، این ایده ها فقط کنجکاوی های نظری باقی خواهند ماند.

برگرفته از کتاب On Time: The Physics That Makes the Universe Tick © 2026 توسط جیم الخلیلی. با مجوز انتشارات دانشگاه پرینستون تجدید چاپ شده است.

به ما در بهبود Live Science Pro کمک کنید: ما همیشه در تلاش هستیم تا محتوای خود را بهتر کنیم. نظرات خود را در مورد Pro در اینجا برای ما بگذارید.

انتشارات دانشگاه پرینستون به موقع: فیزیک که جهان را تیک می زند

در این کتاب تغییردهنده ذهن، جیم الخلیلی مشکلات پایدار زمان را به طور مستقیم مورد بررسی قرار می دهد و آنها را در سه ستون مرکزی فیزیک - مکانیک کوانتومی، نسبیت عام، و ترمودینامیک به دقت بررسی می کند.

الخلیلی این مورد قانع کننده را بیان می کند که زمان واقعی است، نه توهمی، و اینکه پیکان اصلی زمان صرفا ترفند حواس ما نیست، بلکه یک ویژگی اساسی واقعیت است که از همان ابتدا در ساختار جهان ما پخته شده است.