هل نشأ الكون من العدم؟ الكون قبل الانفجار العظيم

في علم الكونيات، المعضلة الرئيسية هي الإجابة على تساؤل: (كيف بدأ الكون؟) ويفترض هذا السؤال أن للكون نقطة بداية محددة. ولكن يمكننا أن نفترض مثلًا أن الكون عبارة عن كيان سرمدي (كان وما زال وسيكون) ونستنتج من هذا الافتراض أنه لا بداية للكون، فهو كيان متجدد باستمرار لا متناهٍ، نعاصر فقط لمحةً ضئيلةً من واقعه.

قال فيلينكن:

نحن نعلم تمامًا بداية كوننا بالانفجار العظيم منذ حوالي 14 بليون عامًا، ولكن هل هي بداية مطلقة لكل شيء؟» لن يقدر أحد على الإجابة عن هذا السؤال المزعج، فكلما وجدنا حلًا، سنتساءل وماذا قبل ذاك؟! كيف كان الكون قبل الانفجار العظيم؟

ولكن فيلينكن يؤمن الآن بأن لديه أدلةً قويةً لبداية الكون، إذ يعتقد أن قبل بدايته كان اللا شيء، فكان الانفجار العظيم هو البداية ولا شيء على الإطلاق سبقه حتى الزمن نفسه لم يكن موجودًا. خلال سنوات عمله، ولمدة 20 عامًا أدار فيها معهد (تفتس – Tufts) للكونيات، توصل فيلينكن إلى مجموعة من الأفكار الغريبة، فهذا العالم الأنيق ذو السبعين عامًا المتحدث بلباقة عبارة عن كتلة من الطاقة الإبداعية، فهو لا يكف عن المحاولة باستمرار لخرق كل غشاوة تعترض طريقه للعلم والمعرفة.

وتمكن فيلينكن من كسب احترام وتقدير العلماء حول العالم، فقال عنه عالم الفيزياء الكونية (أندريه لينده – Andrei Linde) بستاتفورد: «إنه مفكر عميق ومتأصل، وقد قدم العديد من الإسهامات التي أضافت إلى أفكارنا عن نشأة الكون».

ولد فيلينكن بالاتحاد السوفيتي عام 1949 ونشأ بمدينة خاركيف الأوكرانية وتعلق بالفيزياء الكونية أثناء دراسته الثانوية إلى أن التحق بجامعة خاركيف، وقد واجه العديد من الصعوبات لدراسة الفيزياء، فهو يظن أن مخابرات السوفييت كانت تضعه على القوائم السوداء بسبب رفضه العمل مع الحكومة.

وقد أُجبر على العمل بوظائف عديدة منها حراسة ليلية لحدائق الحيوان، استغل وقته حينها لدراسة الفيزياء وقراءة كتب الفيزيائي الشهير ألبرت أينشتاين، ثم قرر الهجرة إلى الولايات المتحدة. حظى فيلينكن بفرصة للعمل بمعهد تفتس في عام 1978 وقرر وقتها أن يغامر بدراسة مجال الكونيات الذي كان غامضًا في ذاك الوقت، ولكن تغير هذا في أواخر 1979 حين قدم العالم (ألان غوث – Alan Guth) بستاتفورد تفسيرًا للقوة المفجرة لحدث الانفجار العظيم.

وقد اعتمد غوث على نظريات فيزياء الجسيمات وافترض أنه عند الطاقات العالية جدًا (أعلى مما يمكن الوصول إليه بالمختبر) ستوجد حالة جديدة للمادة، قادرةً على عكس قوة الجاذبية وتحويلها إلى قوة تنافرية.

فرقعة صغيرة من تلك الحالة من المادة بالفضاء قادرة على خلق قوة تنافرية كافية لخلق انفجار. اقترح غوث أن كميات هائلة من تلك الحالة من المادة هي التي أحدثت الانفجار العظيم وتمدد الكون السريع إلى الضعف مئة مرة فيما يعرف بالتضخم الكوني. ولكن هذا يمكن أن يحدث خلال فترة زمنية ضئيلة للغاية (جزء من الثانية)، ثم تتحلل تلك المادة لتترك الكون بمواده المعتادة في حالاتها المعروفة.

ساعدت تلك الفكرة على حل الكثير من الألغاز في علم الكونيات، وفسرت آلية هذا الانفجار، وآلية التمدد الكوني الهائل والسريع، وسبب تناسق وانسجام الكون الذي نراه الآن، وثبات حرارة إشعاع الخلفية الكوني في كل رقعة من السماء. أفسح كل هذا مع نظرية التضخم الكوني المجال أمام علماء الفيزياء النظرية مثل فيلينكن ليفكروا ويبحثوا أكثر حول قضية نشأة الكون.

الكون: قصة بلا نهاية

بحلول عام 1982 توصل فيلينكن إلى أن التضخم الكوني مستمر بلا نهاية إلى الأبد. ويمكن للتمدد أن يتوقف فجأة في بعض الأماكن مثل المنطقة التي نعيش بها، ولكنه سيستمر بالمناطق الكونية الأخرى. وستظل هناك حلقة مستمرة أبدية من الانفجارات العظيمة ستخلق أكوانًا موازية كفقاعات تتمدد وتخلق بينها فقاعات أخرى كل منها يمثل كونًا قائمًا بذاته فيما يعرف أحيانًا بـِ(الكون المتعدد – Multiverse).

يرجع سبب أبدية هذا التمدد كما يراه فيلينكن إلى توازن (أو سيادة) بين خاصيتين متضادتين تميز هذا الوقود الكوني. فهذه المادة المسببة للقوة التنافرية التي لا تلبث أن تحلل، تتمدد وتتضاعف أيضًا في نفس الوقت بشكل أسرع من تحللها، فإذا تحللت في مكان ما ستكون متمددة ومتضاعفة في مكان أبعد وهكذا.

ويشبه فيلينكن هذا الأمر بمستعمرة البكتيريا التي تتكاثر بسرعة، فتصمد أمام الأجسام المضادة بسبب سيادة معدل تكاثرها على معدل قتل الأجسام المضادة لها. وستكون النتيجة النهائية لهذه المعركة هي استمرار تكاثر وتضاعف البكتيريا (أي تمدد الكون). وسيظل الكون المتعدد في هذه الحالة الديناميكية.

قام فيلينكن مع أحد خريجي معهد تفتس بإنشاء محاكاة حاسوبية بينت طبيعة هذا التمدد الأبدي الخاص بالكون المتعدد بهدف فهم هذه الظاهرة بشكل أوضح، وظهرت بها الأكوان كفقاعات تتمدد مع الوقت (مثل كوننا) والفضاء بين هذه الأكوان يتمدد هو الآخر، وحول كل فقاعة توجد فقاعات أصغر، حول كل منها فقاعات أصغر، وهكذا يتمدد هذا النظام بكل محتوياته بشكل أبدي إذ تمثل كل فقاعة كونًا مستقلًا تابعًا لنظام الكون المتعدد.

صورة تبين تمدد الكون المتعدد

الطريق إلى الأبدية

في النظام الذي يتصوره فيلينكن، يسير الكون المتعدد نحو المستقبل في حالة تمدد أبدية بلا توقف منذ أن بدأ. ولكن هل كان أيضًا أبديًا باتجاه الماضي؟ هل كان للزمن وجود قبل الانفجار العظيم والتضخم الكوني؟ وبافتراض أن الكون فيه حالة أبدية من التضخم بالماضي، ألا يعني هذا أن الكون كيان سرمدي بلا بداية ولا نهاية؟!

للإجابة عن هذا السؤال قام فيلينكن بتشكيل فريق مع غوث وعالم الرياضيات (آرفيند بورد – Arvind Borde) وبواسطة بعض الإثباتات الرياضياتية توصلوا إلى أن أي كون في حالة من التمدد يجب أن يحظى ببداية.

وللتوضيح دعونا نفترض وجود كون متمدد مثل كوننا، مليئ بعدد من المراقبين، تزداد المسافة بينهم حسب تمدد الكون، فيبتعد كل مراقب عن الآخر، فكلما زادت المسافة ستزيد سرعة التمدد بالنسبة لكل مراقب عن الآخر، وإذا افترضنا أن أحد المراقبين يتجه إلى الأرض بسرعة افتراضية 100 وهو الآن يمر في داخل مجرة تبتعد عن الأرض بسبب تمدد الكون بسرعة 20 فستكون سرعة هذا المراقب بالنسبة لنا 80 فقط.

حسنًا دعونا نعكس التجربة ماذا لو عكس المراقب اتجاهه بحيث يصبح مبتعدًا عن هدفه؟ ستكون سرعته بالنسبة للأرض 120 وكلما ابتعد أكثر وزادت المسافة ستزيد سرعة التمدد وبالتالي سرعته بالنسبة للأرض، وإذا كان هذا التمدد بلا نقطة بداية فستستمر السرعة بالازدياد إلى أن تصل لسرعة الضوء وتتعداها، ويستحيل حدوث هذا وفقًا لنسبية أينشتاين، إذ يستحيل للأجسام أن تصل أصلًا لسرعة الضوء، لذلك من الضروري أن توجد نقطة نهاية في اتجاه الماضي.

من الضروري أن يكون للكون نقطة بالماضي بدأ عندها في التمدد. ولذلك سيكون افتراض وجود الكون المستمر بلا بداية خاطئًا، فلا بد من وجود بداية لهذا التمدد وهو الانفجار العظيم، لذلك فكوننا أبدي باتجاه المستقبل فهو سيظل في حالة تمدد لا نهائية ولكنه غير أبدي باتجاه الماضي إذ لا بد من امتلاكه لبداية، بعبارة أبسط: (للكون بداية، وليس له نهاية).

شيء من اللا شيء

مع فكرة الكون ذو البداية المعروفة سيتواجد هذا السؤال: كيف بدأ هذا الكون؟ إجابة فيلينكن لن تكون مؤكدةً وغالبًا لن توجد أية إجابات مؤكدة لهذا السؤال. يظن فيلينكن أن الكون قد يكون نشأ من العدم (اللا شيء) بشكل عفوي، لكن هذه الجملة الغريبة لن يقبلها المنطق، واعترف أن هذا التفسير غير منطقي فكيف يفسر بداية كون معقد بدأ في ظروف ذي طاقات عالية جدًا، ونشوء كل هذا عفويًا من العدم! كما تصطدم أيضًا تلك الفكرة مع آراء الفيلسوف الروماني (لوكريتيوس – Lucretius) الذي توصل منذ ألفي عام إلى أن لا شيء ينشأ من اللا شيء (العدم).

بالطبع لم يكن يعرف لوكريتيوس حينها عن ميكانيكا الكم، أو نظرية التضخم الكوني. وقد شرحها فيلينكن حين قال: « يمكن أن نقول لا شيء ينشأ من العدم حتى لا نخرق قانون حفظ الطاقة». فهي قاعدة فيزيائية تنص على أنه لا يمكن فناء الطاقة أو إيجادها من العدم.

إذًا كيف يمكن أن ينشأ هذا الكون من العدم؟!

يشرح فيلينكن أنه للخروج من هذه المشكلة سنعتمد على أن طاقة وضع الجاذبية سالبة. وهذا نتيجة للحقيقة المثبتة أن طاقة الكون المغلق يجب أن تكون صفرًا (فإذا كانت موجبة سينهار الكون وينكمش على نفسه، وإذا كانت سالبة سيتمدد الكون إلى أن يتمزق).

ولتكون إجمالي طاقة الكون المغلق صفرًا يجب أن يكون هناك طاقة سالبة تعادل الطاقة الموجبة للمادة الموجودة بالكون، وهي طاقة وضع الجاذبية. والآن بما أن طاقة الكون المغلق صفر، لن نخرق قانون حفظ الطاقة إن افترضنا نشأته من العدم. توضح حسابات فيلينكن أن الكون الناشئ من العدم سيكون صغيرًا للغاية أصغر حتى من البروتون. ولهذا يجب أن تمتلك هذه المتفردة الضئيلة ما يكفي من المادة أو الطاقة التنافرية التي ستضخم وتمدد الكون إلى ما نعاصره الآن وإلى الأبد. وعندئذٍ سيرجع أصلنا إلى العدم أو اللا شيء نفسه.

وإذا صح هذا الافتراض فسيريحنا من التفكير حول الكون قبل الانفجار العظيم. فإذا نشأ الكون حقًا من اللا شيء، لن يكون للزمن وجود أصلًا قبل وجود الكون، ليكون الانفجار العظيم هو بداية التاريخ، وكل شيء!

سيترك هذا التفسير غموضًا كبيرًا لم يناقش. فإذا استطاع الكون أن ينشأ من العدم (وفقًا لما يراه فيلينكن) فما هو حال قوانين الفيزياء قبل نشأة الكون؟ لم يكن هناك زمان أو مكان أو مادة، فكيف كانت تلك القوانين تعمل؟ نحن نعلم أنها موجودة فهي التي نظمت نشأة الكون أصلًا (فكرة إيجاد الشيء من اللا شيء) كما أنها حكمت التمدد الكوني والتضخم الذي حدث بأجزاء من الثانية بعد الانفجار العظيم.

فأين كانت تلك القوانين قبل نشأة الكون؟ أو علام كانت تُطبق؟ هل كانت موجودة بشكل مستقل عن الزمان والمكان؟ اعترف فيلينكن بغموض هذا اللغز وصعوبة المحاولة حتى في إيجاد حلٍّ له، فنحن لا نملك أي طرف خيط يدلنا على حل هذا اللغز، ولكنه يظن أننا ربما سنتمكن من حل هذا اللغز فيما بعد كما حللنا العديد من الألغاز الكونية من قبل.

فاق فيلينكن حدود التفكير بهذا الاستنتاج، فإذا صمدنا مثابرين أمام ما يواجهنا من شكوك كما يفعل فيلينكن، ستنشأ في أذهاننا أفكار جديدة غير تقليدية تمامًا كما تنشأ الأكوان من اللا شيء!

دحض ثغرات فرضية نشوء الكون

الثغرة الأولى

ليقوم فيلينكن بتدعيم نظريته، قام بدراسة النماذج الأخرى للكون، ليتخلص من أية ثغرات تعارض فرضيته. في 2012 ببحث نشره بالتعاون مع أحد خريجين المعهد (أودري ميثاني – Audrey Mithani) قام فيلينكن بفحص نظرية الكون الدوري (الإكبروتي) -راجع هذا المقال لمزيد من التفاصيل عن هذا النموذج- في هذا النموذج لا توجد بداية واحدة للكون، فالكون في حلقة لا نهائية من التمدد ثم الانكماش (التضخم ثم الانهيار) .

وهذا النموذج يتعارض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية وهو أن مقدار الإنتروبيا (الاضطراب أو مقياس العشوائية) يزداد باستمرار بداخل النظام المغلق مع الوقت. للتبسيط فإذا تخيلنا منزلًا مهجورًا ذو بناء دقيق ومتناسق، مع مرور الوقت سيمتلئ بالأتربة وستدهور حالته وسيتحول مع الوقت إلى نظام مضطرب من الأتربة والبقايا الصخرية، وبالطبع لن يحدث ويعيد البناء تكوين وتجديد نفسه، فكيف سيفعل الكون هذا؟

وإذا كان الكون موجودًا بشكل أبدي بنفس الحجم فهو سيخضع أيضًا للقانون الثاني وستزيد الإنتروبيا بداخل الكون إلى أن يكون كونًا بلا معالم، ومع ذلك نرى الكون يمتلئ بالمجرات والتكوينات الأخرى كعناقيد المجرات، وتجمعات هذه العناقيد فيما يعرف بالعناقيد الفائقة وتجمعات العناقيد الفائقة المعروفة بالخيوط المجرية التي تمتد لبلايين السنين الضوئية.

ولزيادة الإنتروبيا ينبغي أن تتفكك كل هذه التجمعات، فكلما تجمعت وتكاثفت المادة لتكون مجرات وغيرها من التكوينات المنتظمة والمرتبة، ستقل الإنتروبيا داخل النظام، ولزيادة الإنتروبيا (مقياس العشوائية) يجب أن يكون الكون بلا معالم، بلا تكوينات منظمة من المادة كالمجرات.

ولهذا السبب استبعد فيلينكن هذه النظرية، ولكن إذا قمنا بتعديلها لتخضع للقانون يجب أن يزداد الحجم الكلي للكون بعد كل دورة من التضخم والانهيار ليزداد حجم النظام الكلي لضمان زيادة الإنتروبيا مع الوقت. وهذا التعديل سيقودنا في النهاية إلى فرضية فيلينكن-غوث-بورد فمن الضروري أن يوجد لهذا الكون الأبدي بداية بحجم ثابت، بدأ بالزيادة بعدها مع كل دورة.

فرضية الكون الدوري الإكبروتي الكلاسيكية التي تقترح الكون بلا بداية والتي تصطدم مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

نظرية الكون الدوري المعدلة والتي تفترض ازدياد حجم الكون (النظام المغلق) مع كل دورة لضمان زيادة الإنتروبيا وتحقيق القانون الثاني للديناميكا الحرارية، وهنا لا بد من وجود بداية لسلسلة الدورات اللانهائية.

الثغرة الثانية

هناك ثغرة أخرى وهي موجودة في نموذج (البيضة الكونية) الذي وضعه عالم الكونيات الجنوب أفريقي (جورج إليس – George Ellis) مع آخرين. في هذا النموذج يظل الكون في حالة من الثبات ثم يبدأ فجأة بالتضخم والتمدد تمامًا كبيضة تفقس بعد فترة أزلية بلا بداية من السكون. مشكلة هذا الافتراض بالنسبة لفيلينكن وميثاني، أن هذا الكيان الكوني الضئيل قبل التمدد والمفترض أنه في حالة ثبات ليس ثابتًا على الإطلاق في الواقع.

إذ يوجد احتمال بأن ينهار الكون ويفنى إلى العدم قبل أن يصل إلى مرحلة التمدد عند لحظة ما أثناء فترة الانتظار ما قبل التمدد. وهذا وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم. تعد ميكانيكا الكم أفضل فرع في الفيزياء لتفسير الأحداث على المستوى الذري ودون الذري. وقد اختُبرَت وأُكِدَت صحتها على الرغم من غرابتها الشديدة.

ووفقًا لميكانيكا الكم، إذا كان هناك احتمالية -ولو كانت ضئيلة للغاية- لحدوث حدث ما، فمن المؤكد حدوثه إذا انتظرت وقتًا طويلًا بشكل كافٍ. وهنا تتنبأ ميكانيكا الكم بشكل ضئيل بحدوث انهيار تام لهذه البيضة الكونية الضئيلة قبل التمدد. ووفقًا لهذا النموذج فإن تلك البيضة الكونية انتظرت لمدة طويلة أزلية قبل أن تتمدد ما يجعل احتمالية انهيارها واجبة الحدوث وفقًا لميكانيكا الكم.

لذلك يرى فيلينكن أن جميع الفرضيات التي تفترض وجود كون أزلي بلا بداية غير مقنعة، وأنه من المقنع والمحتمل بشكل أكبر أن يكون للكون بداية نشأ عندها من العدم.

اقرأ أيضًا:

العدم: مناقشة علمية وفلسفية

ترجمة: محمد شريف

تدقيق: بدر الفراك

المصدر