آینده کیهان
در کیهانشناسی، گذشته و آینده به هم ربط دارند و توضیح یکی به دیگری گره خورده است. با فرض مهبانگ، اساسا سه آینده احتمالی برای جهان ما وجود دارد. با تعیین جوابهایی از نظریه ریسمان که به عالم ما منطبق هستند، ممکن است بتوانیم محتملترین آینده را مشخص کنیم.
انجماد بزرگ
در این مدل از آیندهی جهان، عالم تا ابد به انبساط ادامه میدهد. انرژی به آهستگی، در حجم بزرگتر و بزرگتری از فضا پراکنده میشود و سرانجام همچنان که ستارهها میمیرند، فضا تبدیل به گسترهای پهناور و سرد خواهد شد. این انجماد بزرگ همیشه تا حدی محبوبیت داشته است که به آغاز ترمودینامیک در دهه 1800 برمیگردد.
قوانین ترمودینامیکی به شما میگویند که آنتروپی یا بینظمی، در یک سیستم همیشه افزایش مییابد. این یعنی گرما پخش خواهد شد. با دید کیهانشناسی، یعنی ستارهها خواهند مرد و انرژی آنها به بیرون ساطع میشود. در این مرگ گرمایی، عالم به سوپ ساکنی با انرژی مطلق نزدیک به صفر تبدیل خواهد شد. جهان در کل، به وضعیت تعادل گرمایی میرسد، به این معنا که دیگر واقعا اتفاق جالبی نمیتواند رخ دهد.
نسخه اندکی متفاوت از مدل انجماد بزرگ، براساس کشفیات جدیدتری از انرژی تاریک است. در این حالت، گرانش دافعهای انرژی تاریک باعث میشود خوشههای کهکشانی از هم دور شوند، در حالی که در مقیاس کوچکتر، آن خوشهها به هم نزدیکتر شده و نهایتا کهکشانی بزرگ را تشکیل میدهند.
با گذشت زمان، عالم پر از کهکشانهای بزرگی خواهد شد که بسیار بسیار از هم دورند. این کهکشانها برای زندگی مناسب نخواهند بود و کهکشانهای دیگر هم آنقدر دورند که حتی دیده نمیشوند. این نسخه که بعضی وقتها، مرگ سرد نامیده میشود، روش دیگری است که جهان ممکن است به صورت سرزمین بایر یخزدهای به اتمام برسد (این مقیاس زمانی، فوقالعاده بزرگ است و احتمالا تا آن موقع، دیگر انسانها وجود نخواهند داشت. بنابراین جای نگرانی نیست).
انهدام بزرگ
یکی دیگر از مدلهای آینده عالم این است که چگالی جرم جهان آن قدر زیاد است که گرانش جاذبهای، سرانجام بر گرانش دافعهای ناشی از انرژی تاریک غلبه کند. در این مدل انهدام بزرگ، عالم دوباره به جرمی نقطهای در اندازهی میکروسکوپی، منقبض خواهد شد. از آنجا که فیزیکدانان، شاهد افزایش آهنگ انبساط هستند، بعید به نظر میرسد مادهی کافی، برای غلبه و جمع کردن دوباره آن وجود داشته باشد.
برگشت بزرگ
در سناریوی جهان اکپیروتیک، جهان ما از برخورد غشاها به وجود آمده است. ماده و تابش جهان، ناشی از انرژی جنبشی آزاده شده در جریان برخورد دو غشا است.
سناریوی جهان اکپیروتیک در مقاله سال 2001 پل اشتینهارت از دانشگاه پرینستون، برت آوروت از دانشگاه پنسیلوانیا و نیل توروک، مدیر فعلی موسسه محیطی فیزیک نظری در واترلو، اونتاریو که سابقا در دانشگاه کمبریج بود، با همراهی یکی از دانشجویان اشتینهارت، جاستین خوری ارائه دادند.
این نظریه طبق ایدههای بعضی سناریوهای جهان غشایی نظریه M بنا شده است که نشان میدهند ابعاد اشافه نظریه ریسمان ممکن است حتی در اندازههای بینهایت باز شده باشند. این ابعاد، شاید به روش مکان 3 بعدی خودمان هم باز نشده نباشند (یا حداقل نظریهپردازان ریسمان دلیلی برای این که اینچنین فکر کنند، ندارند. اگر فیلم عالم را در آن زمان به عقب برگردانید، این ابعاد، فشرده نمیشوند.
حال فرض کنید که درون این ابعاد، دو تا 3 ـ غشای بینهایت داشته باشید. برخی از فرایندها (مانند گرانش) این غشاها را در جهت ابعاد اضافهی بینهایت، به سمت یکدیگر میکشد و آنها با هم برخورد میکنند. در این حالت، انرژی آزاد شده، ماده لازم برای جهان ما را ایجاد کرده و دو غشا را از هم میراند. سرانجام، انرژی ناشی از برخورد مصرف شده و غشاها دوباره به سمت هم کشیده میشوند تا بار دیگر، برخوردی روی دهد.
مدل اکپیروتیک، بسته به این که چه اثری غالب بوده است، به دورههای (بازههای زمانی) مختلفی تقسیم میشود:
1ـ مهبانگ
2ـ دوره تابش ـ غالبی
3ـ دوره ماده ـ غالبی
4ـ دوره غلبه انرژی تاریک
5ـ دوره انقباض
6ـ انهدام بزرگ
اساسا تا دوره انقباض، داستان همانی است که کیهانشناسی متداول مهبانگ میگوید. تابشی که به علت برخورد غشا پخش میشود (مهبانگ) یعنی دورهی تابش ـ غالبی، تقریبا یکنواخت است. بنابراین، تورم ممکن است غیرضروری باشد، بعد از 72 هزار سال، عالم در دورهی ماده ـ غالبی، به سوپی از ذرات بدل میشود. الان و برای سالهای بسیاری، در دوره غلبه انرژی تاریک قرار داریم؛ تا زمانی که انرژی تاریک فروافت کرده و عالم بار دیگر شروع به انقباض کند.
چون این نظریه مستلزم برخورد دو غشاست، بعضی به آن، نظریه صدای بزرگ یا درهمکوبیدگی غشا میگویند که مطمئنا تلفظ آن از اکپیروتیک، آسانتر است. کلمه اکپیروتیک از واژهی یونانی اکپیروسیس میآید که ریشه در اعتقاد یونانیان باستان، مبنی بر زاده شدن جهان از آتش دارد.
برخی تصور میکنند مدل جهان اکپیروتیک، مزایای بسیاری دارد ـ مشکلات تخت بودن و افق را، همانند نظریههای تورمی حل میکند، توضیحی هم برای این که اصلا چرا جهان در ابتدا شروع شد، دارد ـ اما ابداع کنندگان آن، هنوز نتوانستهاند اثباتش کنند.
از مزیتهای دیگر این مدل، اجتناب از مشکلات مدلهای چرخهای قدیمی است، چون هر عالم در چرخه، از عالم قبل از آن بزرگتر است. از آنجا که حجم عالم اضافه میشود، آنتروپی کل آن در هر چرخه میتواند زیاد شود، بدون این که هیچ وقت به حالت آنتروپی بیشینه برسد.
مدل اکپیروتیک انهدام بزرگ را در پی دارد اما با یک تفاوت کوچک. وقتی انهدام اتفاق میافتد، جهان بار دیگر دورهای از مهبانگ را تجربه میکند. این تنها مدلی نیست که چنین مدل چرخهای برگشت بزرگ را مجاز میداند.
در مدل اکپیروتیک، عالم یک سری از انفجارهای بزرگ و متعاقب آن، انبساط و سپس انهدام بزرگ منقبض کننده را پشت سر میگذارد. این چرخه، بارها و بارها تکرار میشود. مدلهای چرخهای عالم، ابتکار جدیدی نیستند و نه تنها به فیزیک دهه 1930 بلکه به ادیان مانند بعضی از تعابیر مذهب هندو برمیگردد.
به نظر میرسد رقیب اصلی نظریه ریسمان ـ گرانش کوانتومی حلقهای هم ممکن است تصویر برگشت بزرگ را ارائه کند. روش گرانش کوانتومی حلقهای، کوانتیده کردن (شکسته به واحدهای گسسته) خود فضا ـ زمان است. با این کار، از تکینگی در تشکیل عالم احتماب میشود، یعنی میتوان زمان را به قبل از لحظهی مهبانگ برگرداند. در چنین تصویری، احتمال سناریوی برگشت بزرگ وجود دارد.
کتاب نظریه ریسمان نوشته اندرو زیمرمن جونز، دنیل رابینز، ترجمه مریم ذوقی