آیا تا به حال به این فکر کردهاید که قبل از بیگ بنگ چه چیزی وجود داشته است؟ برای مدتها، این سوال به عنوان یک پرسش «غیرعلمی» یا «بیمعنا» کنار گذاشته میشد، زیرا به نظر میرسد قوانین فیزیک شناختهشده ما در نقطه آغازین جهان از هم میپاشند. اما اگر راهی برای نگاه کردن به پشت این پرده وجود داشته باشد چه؟ یک مقاله جدید و پیشگامانه نشان میدهد که این کار ممکن است، نه با تلسکوپ، بلکه با قدرت عظیم ابررایانهها.
تیمی از پژوهشگران، شامل کیهانشناس یوجین لیم و اخترفیزیکدانان کیتی کلاف و خوسو اورکوتسا، رویکردی انقلابی را پیشنهاد میکنند. آنها به جای تلاش برای یافتن راهحلهای دقیق و قابل محاسبه با قلم و کاغذ برای معادلات نسبیت عام انیشتین—کاری که در شرایط فوقالعاده شدید بیگ بنگ غیرممکن میشود—از «نسبیت عددی» دفاع میکنند. این روش از شبیهسازیهای کامپیوتری پیچیده برای یافتن راهحلهای تقریبی و عددی استفاده میکند و به ما اجازه میدهد سناریوهای کیهانی را که پیش از این غیرقابل دسترس بودند، کاوش کنیم.
مشکل همواره چیزی بوده است که فیزیکدانان آن را «تکینگی» مینامند—نقطهای با چگالی بینهایت که در آن فیزیک از کار میافتد. برای دور زدن این مشکل در اکثر مدلهای کیهانشناسی، دانشمندان یک فرض سادهکننده را در نظر میگیرند: اینکه جهان «همسانگرد» و «همگن» است، یعنی از هر نقطهنظری در همه جهات یکسان به نظر میرسد. اگرچه این فرض برای جهان کنونی ما به خوبی کار میکند، اما یک فرض بزرگ و اثباتنشده در مورد لحظات قبل از بیگ بنگ است.
لیم این وضعیت را به گشتن دنبال کلیدهایتان فقط زیر نور چراغ خیابان تشبیه میکند، چون تنها آنجا روشن است. او توضیح میدهد: «نسبیت عددی به شما امکان میدهد مناطقی دورتر از نور چراغ را کاوش کنید.» این روش به دانشمندان اجازه میدهد شرایط اولیه کاملاً متفاوتی را بدون محدودیتهای تقارن کامل وارد مدلها کنند و جهانی از احتمالات جدید را بگشایند.
این تکنیک قدرتمند کاملاً جدید نیست. این روش اولین بار برای پیشبینی امواج گرانشی—چینوشکنهایی در تاروپود فضا-زمان—که از برخورد سیاهچالهها ساطع میشوند، توسعه یافت. پس از دههها کار، این مشکل در سال ۲۰۰۵ با موفقیت حل شد و راه را برای شناساییهای تاریخی امواج گرانشی توسط لایگو (LIGO) هموار کرد. اکنون، این تیم معتقد است زمان آن فرا رسیده که این موفقیت را برای پاسخ به بزرگترین سوالات کیهانشناسی به کار گیریم.
چه چیزهایی ممکن است کشف کنیم؟
- تولد تورم کیهانی: شاید بالاخره بتوانیم تورم کیهانی، آن انبساط فوقسریع و مرموز جهان نوزاد را درک کنیم. نسبیت عددی میتواند چگونگی شروع تورم از یک حالت آشفته و غیریکنواخت را آزمایش کند.
- برخورد یک چندجهانی: آیا ما در یک چندجهانی زندگی میکنیم؟ اگر جهان ما زمانی با یک جهان همسایه برخورد کرده باشد، ممکن است «کبودی» یا اثری بر آسمان ما به جا گذاشته باشد. شبیهسازیها میتوانند پیشبینی کنند که این نشانهها چه شکلی هستند و هدفی ملموس برای جستجو به ما بدهند.
- یک جهان چرخهای: شاید جهان ما تنها یکی از یک سری بینهایت «جهش» باشد—چرخهای از بیگ بنگها و مه-رمبها. این مدلهای جهان جهنده شامل گرانش بسیار قوی هستند که در آن فرضیات معمول ما شکست میخورند و آنها را به گزینههایی عالی برای شبیهسازیهای نسبیت عددی تبدیل میکند.
این شبیهسازیها فوقالعاده پیچیده هستند و به قدرتمندترین ابررایانههای جهان نیاز دارند. اما با پیشرفت فناوری، توانایی ما برای مدلسازی کیهان نیز افزایش خواهد یافت. این مقاله جدید یک فراخوان برای اقدام است و هدف آن متحد کردن کیهانشناسان با سوالاتشان و متخصصان نسبیت عددی با ابزارهایی برای پاسخ به آنهاست. این یک گام جسورانه به سوی پاسخ نهایی به بزرگترین سوال است: در همان ابتدا چه اتفاقی افتاد؟
برای اطلاعات بیشتر، مقاله اصلی را در Living Reviews in Relativity مطالعه کنید.