آیا ممکن است جهان هیچ آغازی نداشته باشد؟

بر اساس نظریه‌ی گرانش کوانتومی، شاید جهان اصلی آغازی نداشته و برای همیشه وجود داشته است. به گفته‌ی برونو بنتو، فیزیک‌دان دانشگاه لیورپول بریتانیا که به بررسی ماهیت زمان می‌پردازد: «واقعیت عجایب زیادی را در بردارد که اغلب افراد آن را تخیلی و حتی فانتزی می‌دانند.»

بنتو از نظریه‌ی جدید گرانش کوانتومی به نام نظریه‌ی مجموعه‌ی سببی در پژوهش خود استفاده کرده است. بر اساس این نظریه فضا و زمان به توده‌های گسسته‌ای از فضازمان تقسیم می‌شوند و واحدی بنیادی برای فضازمان وجود دارد. او و همکارانش از نظریه‌ی مجموعه‌ی سببی برای بررسی آغاز جهان استفاده کردند. بر اساس بررسی آن‌ها، ممکن است جهان هیچ آغازی نداشته باشد و همیشه از گذشته‌ای نامعلوم وجود داشته است به‌طوری‌که بیگ‌بنگ تنها یکی از مراحل تکاملی آن است.

گرانش کوانتومی

گرانش کوانتومی را شاید بتوان ناامید‌کننده‌ترین مسئله در مواجهه با فیزیک مدرن دانست. دو نظریه‌ی اصلی برای جهان وجود دارد: فیزیک کوانتوم و نسبیت عام. فیزیک کوانتوم تعریف موفقی از سه نیروی بنیادی طبیعت (الکترومغناطیس، نیروی ضعیف و نیروی قوی) را در مقیاس‌های میکروسکوپی ارائه داده است. از سوی دیگر نسبیت عام، قدرتمند‌ترین تعریف گرانشی است که تاکنون ابداع شده است.

اما نسبیت عام با تمام نقاط قوت، نظریه‌ی ناقصی است. در موقعیت‌هایی مثل مرکز سیاهچاله و آغاز جهان، ریاضیات نسبیت عامی نقض می‌شوند و نتایج قابل اطمینانی ندارند. به این مناطق تکینگی می‌گویند. تکینگی‌ها نقاطی در فضازمان هستند که قوانین فعلی فیزیکی و نظریه‌ی نسبیت عام را نقض می‌کنند. در هر دو نمونه از این تکینگی‌ها، گرانش در مقیاس‌های بسیاری کوچکی به‌شدت قوی است.

در نتیجه فیزیک‌دان‌ها برای حل رازهای تکینگی‌ها نیاز به توصیفی میکروسکوپی از گرانش قوی دارند که به آن نظریه‌ی گرانش کوانتومی هم می‌گویند. این نظریه مدعیان زیادی دارد که از معروف‌ترین آن‌ها می‌توان به نظریه‌ی ریسمان و گرانش کوانتومی حلقه‌ای اشاره کرد؛ اما رویکرد دیگری به نام مجموعه‌ی سببی وجود دارد که درک جدیدی از فضازمان را ارائه می‌دهد.
نظریه مجموعه‌ی سببی

در تمام نظریه‌های فیزیکی فعلی، فضا و زمان پیوسته هستند. این دو، بافت مسطحی را تشکیل می‌دهند که مبنای تمام واقعیت‌ها هستند. در چنین فضازمان پیوسته‌ای، دو نقطه در فضا می‌توانند تا حد ممکن به یکدیگر نزدیک شوند و دو رویداد در نزدیکی یکدیگر رخ دهند.

اما رویکرد دیگری به نام نظریه‌ی مجموعه‌ی سببی وجود دارد که فضازمان را به صورت مجموعه‌هایی از توده‌های گسسته یا اتم‌های فضازمانی فرض می‌کند. این نظریه محدودیت‌هایی را بر نزدیکی رویدادها در فضا زمان قائل می‌شود، زیرا این اشیا و رویدادها نمی‌توانند بیشتر از اندازه‌ی یک اتم به یکدیگر نزدیک شوند.

برای مثال هنگام دیدن صفحه‌ی نمایش و خواندن این مقاله همه چیز به نظر پیوسته می‌رسد؛ اما اگر با ذره‌بین به صفحه‌ی نمایش نگاه کنید، پیکسل‌های تشکیل‌دهنده‌ی فضا را می‌بینید و متوجه می‌شوید نزدیک شدن دو تصویر به یکدیگر فراتر از این پیکسل‌ها غیرممکن است. نظریه‌ی مجموعه‌های سببی بنتو را به وجد آورد او می‌گوید:

«نظریه‌ی مجموعه‌های سببی به‌عنوان رویکردی نسبت به گرانش کوانتومی و بازنگری درباره‌ی مفهوم فضازمان، نه‌تنها تا حد ممکن تلاش می‌کند بنیادی باشد بلکه نقشی مرکزی را به زمان، چگونگی گذر زمان از دیدگاه فیزیکی و وجود یا عدم وجود آینده می‌دهد.»

فضازمان از توده‌های گسسته‌ یا اتم‌های فضازمانی تشکیل شده است که مشابه پیکسل‌های یک تصویر کامپیوتری هستند.
آغاز زمان

نظریه‌ی مجموعه‌ی سببی دارای مفاهیم بسیار مهمی درباره‌ی ماهیت زمان است. به گفته‌ی بنتو:

    بخش زیادی از فلسفه‌ی مجموعه‌ی سببی این است که گذر زمان مفهومی فیزیکی است و نباید صرفا آن را به نوعی توهم یا چیزی که داخل مغز رخ می‌دهد نسبت داد؛ این گذر زمان نوعی بیان نظریه‌ی فیزیکی است. در نتیجه در این نظری، یک مجموعه‌ی سببی در یک زمان به اندازه‌ی یک اتم رشد می‌کند و بزرگ و بزرگ‌تر می‌شود.

رویکرد مجموعه‌ی سببی، مسئله‌ی تکینگی بیگ‌بنگ را حذف می‌کند زیرا در این نظریه تکینگی‌ها نمی‌توانند وجود داشته باشند و غیرممکن است ماده در نقطه‌ای بی‌نهایت کوچک متراکم شود. در این نظریه هیچ‌چیز از ابعاد اتم فضازمانی کوچک‌تر نمی‌شود.

در نتیجه بدون تکینگی بیگ‌بنگ، آغاز جهان چگونه به نظر می‌رسد؟ بنتو و همکارش استاو زالل، دانشجوی فارغ‌التحصیل کالج سلطنتی لندن، همچنان به بررسی نظریه‌ی سببی در رابطه با لحظات آغازین جهان ادامه می‌دهند. پژوهش آن‌ها در تاریخ ۲۴ سپتامبر در پایگاه داده‌ی پیش‌انتشار arXiv منتشر شد. (این مقاله هنوز در مجله‌ی علمی منتشر نشده است). بنتو می‌گوید:

    این مقاله به بررسی مفهوم آغاز در رویکرد مجموعه‌ی سببی می‌پردازد. بر اساس این نظریه یک مجموعه‌ی سببی از هیچ به جهانی که امروز می‌بینیم تبدیل می‌شود. در پژوهش ما چیزی به عنوان بیگ‌بنگ در آغاز جهان وجود ندارد زیرا منشأ مجموعه‌ی سببی می‌تواند زمان بی‌نهایت در گذشته باشد و برای همیشه وجود داشته باشد.

پژوهش بنتو و همکارانش نشان می‌دهد جهان ممکن است هیچ آغازی نداشته باشد و برای همیشه وجود داشته است. چیزی که به عنوان بیگ‌بنگ درنظر گرفته می‌شود شاید لحظه‌ای مشخص در تکامل این مجموعه‌ی سببی بوده باشد نه آغاز واقعی آن. هنوز باید کارهای زیادی را در این زمینه انجام داد. مشخص نیست نظریه‌ی سببی بدون آغاز به فیزیک‌دان‌ها امکان توضیح تکامل پیچیده‌ی جهان از بیگ‌بنگ را بدهد. بنتو می‌گوید:

    شاید بپرسید آیا می‌توان رویکرد مجموعه‌ی سببی را به شیوه‌ای معقول تفسیر کرد یا متغیرهای این مجموعه در حالت گسترده‌تر چه معنایی دارند؟ ما نشان دادیم این چارچوب حداقل از دیدگاه تئوری و ریاضی امکان‌پذیر است.