فهرست مطالب
نتایج یک نظرسنجی گسترده از بیش از ۱۶۰۰ فیزیکدان نشان میدهد که ۶۸ درصد آنها بیگبنگ را حالتی داغ و بسیار چگال از جهان میدانند، اما معتقد هستند این رویداد لزوما مشخص نمیکند که جهان نیز در همان نقطه آغاز شده است.
به گزارش سرویس فیزیک تکناک، این بررسی اختلافنظر گسترده فیزیکدانان را درباره تورم کیهانی، ماده و انرژی تاریک، سیاهچالهها، مکانیک کوانتومی و منشأ ثابتهای بنیادی جهان نشان میدهد.
بیشتر شرکتکنندگان این نظرسنجی خود را پژوهشگر معرفی کردند و گروه کوچکتری نیز خود را علاقهمند به علم دانستند. نتایج نشان میدهد که حتی درباره برخی از بنیادیترین پرسشهای فیزیک، پاسخهایی که معمولا به عنوان توضیحات اصلی مطرح میشوند، در بسیاری از موارد حمایت اکثریت فیزیکدانان را به دست نمیآورند.
نخستین پرسش نظرسنجی به بیگبنگ و ارتباط آن با آغاز جهان اختصاص داشت. حدود ۶۸ درصد شرکتکنندگان گفتند که بیگبنگ بیانگر حالتی داغ و چگال از جهان است، اما از این موضوع نمیتوان نتیجه گرفت که زمان نیز دقیقا در همان نقطه آغاز شده است.
حدود ۵ درصد بیگبنگ را آغاز مطلق زمان دانستند، اما آن را با تکینگی مرتبط نکردند. در مقابل، ۲۰ درصد هم سناریوی تکینگی و هم آغاز زمان را پذیرفتند. سایر فیزیکدانان نیز دیدگاههای متفاوتی داشتند یا نظری درباره این پرسش ارائه نکردند.
یکی دیگر از مسائل مطرحشده به یکنواختی عجیب جهان اولیه مربوط بود. زمانی که دانشمندان به نقاط بسیار دور کیهان نگاه میکنند، بخشهای مختلف جهان تقریبا مشابه یکدیگر به نظر میرسند. توضیح اینکه چرا نواحی بسیار دور از یکدیگر چنین ویژگیهای مشابهی دارند، یکی از مسائل مهم کیهانشناسی محسوب میشود.
فرضیه تورم کیهانی برای توضیح این مسئله مطرح شده است. بر اساس این فرضیه، جهان کسری از ثانیه پس از بیگبنگ، دورهای از انبساط بسیار سریع را تجربه کرده است. حدود ۵۱ درصد فیزیکدانان شرکتکننده در نظرسنجی از این سناریو حمایت کردند.
سایر شرکتکنندگان میان توضیحاتی مانند جهان جهشی یا چرخهای و مدلهای دیگر تقسیم شدند. در مدل جهان چرخهای، کیهان میتواند دورههایی متوالی از انبساط و فروپاشی را تجربه کند و در نتیجه بیگبنگ الزاما نقطه آغاز مطلق همهچیز نخواهد بود.
بیشتر بخوانید: چرا اندازهگیری دقیق مقدار ثابت گرانش هنوز ممکن نیست؟
اختلافنظر درباره ماده تاریک و انرژی تاریک
بخش دیگری از نظرسنجی به سه معمای مهم کیهانشناسی یعنی ماده تاریک، انرژی تاریک و تنش هابل اختصاص داشت. ماده تاریک، شکلی فرضی از ماده است که برای توضیح چرخش کهکشانها و نحوه توزیع آنها در جهان مطرح شده است. مشاهدات نشان میدهند که کهکشانها ظاهرا حدود پنج برابر بیشتر از مقدار ماده قابل مشاهده در ستارهها و گاز، ماده در اختیار دارند.
دانشمندان توضیحات مختلفی برای ماهیت ماده تاریک مطرح کردهاند. ذرات بسیار سبک، ذرات نسبتا سنگین، تغییر در قوانین گرانش و سیاهچالههای نخستین از جمله گزینههای مورد بحث هستند. هیچکدام از این توضیحات حمایت گستردهای به دست نیاوردند و گزینهای که با ۲۱ درصد بیشترین رأی را داشت، ترکیبی از چند مورد از این فرضیهها بود.
اختلافنظر درباره انرژی تاریک نیز قابل توجه بود. انرژی تاریک برای توضیح انبساط شتابدار جهان مطرح شده است. یکی از توضیحات اصلی، آن را ویژگی خود فضا-زمان و مرتبط با «ثابت کیهانشناسی» میداند. دیدگاه دیگری نیز انرژی تاریک را میدانی در نظر میگیرد که ویژگیهای آن میتواند در طول زمان تغییر کند.
حدود ۲۴ درصد فیزیکدانان از توضیح مبتنی بر ثابت کیهانشناسی حمایت کردند، در حالی که ۲۶ درصد گزینه انرژی تاریک متغیر با زمان را انتخاب کردند. این اختلاف اندک نشان میدهد که حتی درباره ماهیت عامل مسئول شتاب گرفتن انبساط جهان نیز توافق گستردهای وجود ندارد.
تنش هابل یکی دیگر از موضوعات نظرسنجی بود. دانشمندان میتوانند نرخ کنونی انبساط جهان را با چند روش اندازهگیری کنند. دو روش اصلی به تابش زمینه کیهانی، یعنی نخستین نور قابل مشاهده جهان و اجرامی مانند ابرنواخترها به عنوان شاخص فاصله متکی هستند.
در حالت عادی انتظار میرود این روشها مقدار یکسانی برای نرخ انبساط جهان ارائه کنند، اما نتایج آنها با یکدیگر مطابقت ندارد. در این بخش، بیشترین تعداد شرکتکنندگان گزینه «نظری ندارم» را انتخاب کردند. دیگر فیزیکدانان احتمال وجود مشکلاتی در اندازهگیریها، تغییرات انرژی تاریک یا آثار ناشناخته گرانش کوانتومی را مطرح کردند.
بیشتر بخوانید: ساعتهای کوانتومی آینده با استفاده از بلورهای زمانی ساخته می شوند
از جهان کوانتومی تا سرنوشت ماده در سیاهچالهها
بخش دیگری از بررسی به مکانیک کوانتومی اختصاص داشت. این حوزه علاوه بر مطالعه دنیای میکروسکوپی، برای درک بیگبنگ، سیاهچالهها و ایجاد یک نظریه بنیادی برای گرانش نیز اهمیت دارد.
در پرسشی درباره تفسیر مکانیک کوانتومی، تفسیر کپنهاگی با حمایت ۳۶ درصد شرکتکنندگان بیشترین سهم را به دست آورد. این تفسیر طبیعت را در بنیادیترین سطح احتمالاتی میداند. یکی از گزینههای جایگزین، تفسیر جهانهای متعدد است که بر اساس آن، مشاهده یک حالت کوانتومی میتواند با شکلگیری جهانهای موازی مرتبط باشد.
دو پرسش دیگر به سیاهچالهها اختصاص داشتند. یکی از آنها این بود که چه اتفاقی برای ماده پس از ورود به سیاهچاله رخ میدهد. پرسش دیگر نیز به چگونگی سازگار کردن رفتار سیاهچالهها با قوانین مکانیک کوانتومی مربوط میشد.
بر اساس نسبیت، هیچ چیزی نمیتواند پس از عبور از افق رویداد سیاهچاله به بیرون بازگردد. از سوی دیگر، مکانیک کوانتومی نابودی اطلاعات را نمیپذیرد. همین تضاد به شکلگیری یکی از مشهورترین مسائل فیزیک یعنی پارادوکس اطلاعات سیاهچاله منجر شده است.
حدود ۴۱ درصد شرکتکنندگان معتقد بودند مادهای که وارد سیاهچاله میشود، در تکینگی مرکزی آن فشرده خواهد شد. تعداد بسیار کمتری احتمال ارتباط این فرایند با یک سفیدچاله یا جهان دیگر را پذیرفتند.
دیدگاهها درباره حل پارادوکس اطلاعات پراکندهتر بود، اما بیشترین تعداد فیزیکدانان تابش هاوکینگ را راهی برای حل این مسئله دانستند.
گرانش کوانتومی نیز نتوانست اجماع گستردهای ایجاد کند. حدود ۲۹ درصد شرکتکنندگان اعلام کردند که درباره این موضوع نظری ندارند. نظریه ریسمان با ۱۹ درصد، دیدگاهی که گرانش را غیرکوانتومی میداند با ۱۸ درصد و گرانش کوانتومی حلقهای با ۱۳ درصد از دیگر پاسخهای مطرحشده بودند.
یکی از فلسفیترین بخشهای نظرسنجی به ثابتهای بنیادی جهان اختصاص داشت. مقادیر این ثابتها برای ساختار جهان و امکان شکلگیری حیات اهمیت زیادی دارند و تغییر برخی از آنها میتواند جهان کاملا متفاوتی ایجاد کند.
کمی بیش از یکچهارم فیزیکدانان معتقد بودند این مقادیر صرفاً واقعیتهای بنیادی هستند و الزاماً نیازی به توضیح دیگری ندارند. حدود ۲۰ درصد نیز وجود جهانهای متعدد در یک چندجهانی را توضیح احتمالی دانستند. بر اساس این دیدگاه، جهان ما یکی از تعداد زیادی جهان است و ما در جهانی قرار داریم که ثابتهای بنیادی آن امکان پیدایش حیات را فراهم کردهاند.
حدود ۱۶ درصد شرکتکنندگان معتقد بودند مقادیر ثابتهای بنیادی بر اساس یک اصل بنیادی تعیین شدهاند و نظریه نهایی جهان اساسا اجازه مقادیر دیگری را نمیدهد. در مقابل، ۹ درصد یک طراح هوشمند را توضیح احتمالی این مسئله دانستند.
حدود ۶ درصد نیز از ایدهای شبیه «داروینیسم کیهانی» حمایت کردند. طبق این فرضیه، جهانی مانند جهان ما در ایجاد سیاهچالهها موفق است و جهانهای جدید میتوانند درون این سیاهچالهها متولد شوند.
نیایش افشردی، نویسنده اصلی این مطالعه، عضو وابسته مؤسسه پریمتر و استاد دانشگاه واترلو، مهمترین نتیجه این بررسی را نبود حمایت قاطع از بسیاری از پاسخهای استاندارد در فیزیک بنیادی دانست. به گفته او، بیشتر این پاسخها حتی حمایت اکثریت فیزیکدانان را نیز به دست نیاوردهاند.
افشردی تأکید کرد که این نتایج الزاما به معنای سردرگمی فیزیکدانان نیست، بلکه نشان میدهد مرزهای دانش در این حوزه همچنان زنده و در حال تحول هستند.
این گزارش با همکاری افشردی، فیل هارپر و مجله Physics متعلق به انجمن فیزیک آمریکا تهیه شده است. نتایج آن نشان میدهد که از منشأ زمان و ساختار جهان گرفته تا ماهیت ماده تاریک، انرژی تاریک و گرانش کوانتومی، بسیاری از بزرگترین پرسشهای فیزیک همچنان پاسخ قطعی ندارند و جامعه فیزیک درباره توضیح آنها به اجماع نرسیده است. متن کامل مطالعه نیز در arXiv منتشر شده است.
بیشتر بخوانید: ساخت نخستین «بلور زمانی» قابل مشاهده + ویدیو
