ملخص
تحاول عدة مقترحات كونية معاصرة وصف الكون كدوري بدلاً من كونه ذا بداية زمنية واحدة: الكون الاشتعالي (شتاينهارت-توروك)، الكونيات الدورية المتجانسة (بنروز)، نماذج الانتعاش في الكونيات الكمية الحلقية (بوجوالد، أشتيكار)، وعدة مقترحات أخرى. تشترك هذه المقترحات في الرغبة في تجنب الدلالات القوية للكونيات التقليدية للانفجار الأعظم مع الحفاظ على فيزياء التضخم أو البديلة للتضخم. وقد كانت علاقتها ببرهان بوردي-غوث-فيلينكين - الذي يثبت في ظل شروط معينة عدم اكتمال الجيوديسيا الماضية للنماذج الكونية - سؤالاً نظرياً محورياً. ضمن المسلك الثاني (الكوني)، تُعامل الكونيات الدورية بعناية: فهي فيزياء جدية، وينطبق برهان بوردي-غوث-فيلينكين في ظل شروط تحاول بعض النماذج الدورية تجنبها، ويبقى دليل الإمكان مستقلاً عن مسألة البداية الزمنية.
برهان بوردي-غوث-فيلينكين بإيجاز
يُظهر برهان بوردي-غوث-فيلينكين (بوردي وغوث وفيلينكين، رسائل المراجعة الفيزيائية 90، 2003) أن أي زمكان يكون معدل توسعه الوسطي موجباً عبر تاريخه الماضي بأكمله (في ظل شروط تقنية تتعلق بمعامل هابل الوسطي) هو غير مكتمل جيوديسياً في الماضي: لا يمكن تمديد الجيوديسيات إلى ما لا نهاية في الماضي.
طُور البرهان في سياق كونيات التضخم وينطبق على فئة واسعة من النماذج الكونية التي تُظهر توسعاً وسطياً. كما يؤكد مقال الكونيات الكمية والخلق من عدم، يثبت البرهان عدم اكتمال الجيوديسيا الماضية، وليس البداية المطلقة بأي معنى ميتافيزيقي. وقد كان فيلينكين نفسه حذراً بشأن الحدود.
السؤال المناسب بالنسبة للكونيات الدورية: هل تُظهر هذه النماذج التوسع الإيجابي الوسطي الذي يُفعِّل برهان بوردي-غوث-فيلينكين، أم تتجنبه من خلال ميزة تقنية ما؟
المقترحات الدورية الرئيسية
الكون الاشتعالي
يقترح نموذج بول شتاينهارت ونيل توروك الاشتعالي (المطور في الكون اللانهائي: ما بعد الانفجار الأعظم، 2007، والأوراق التقنية السابقة) كونيات يكون فيها كوننا المرصود مرحلة واحدة في دورة مستمرة من التوسع والانقباض. يُعاد تفسير "الانفجار الأعظم" كتصادم بين "برانين" عالي الأبعاد في إطار نظرية الأوتار. ستتباطأ مرحلة التوسع الحالية في النهاية، وتنعكس، وتنقبض، مع تصادم بران آخر يبدأ مرحلة توسع أخرى.
للنموذج الاشتعالي ميزات تقنية تسمح له، في بعض الصيغ، بتجنب برهان بوردي-غوث-فيلينكين. تحديداً: إذا لم يكن معدل التوسع الوسطي عبر الدورة الكاملة (التوسع + الانقباض) موجباً بل يتوازن إلى الصفر (أو قريباً من الصفر)، فإن شروط بوردي-غوث-فيلينكين لا تتحقق. سيكون للنموذج حينئذٍ تاريخ ماضٍ غير محدود.
أكد شتاينهارت على هذه الميزة في أعمال لاحقة. يمثل النموذج مقترحاً تقنياً جدياً يهدف إلى ماضٍ غير محدود مع الحفاظ على الميزات التجريبية (الإشعاع الكوني الخلفي للموجات الدقيقة، البنية واسعة النطاق) التي يُفسرها النموذج التضخمي التقليدي.
ألحّ النقاد (بما في ذلك فيلينكين في أوراق لاحقة) على ما إذا كان النموذج الاشتعالي يمكنه فعلاً تحقيق التوسع الوسطي الصفري الذي من شأنه تجنب البرهان، وما إذا كانت مرحلة الانقباض تنتج الميزات التجريبية المطلوبة. النقاش التقني نشط.
الكونيات الدورية المتجانسة لبنروز
يقترح روجر بنروز في دورات الزمن (2010) الكونيات الدورية المتجانسة. في نموذج بنروز، يمر الكون بحقب متتالية؛ نهاية حقبة واحدة (الموت الحراري، بعد أن تضمحل كل المادة ولا يبقى سوى الإشعاع) متطابقة تجانسياً مع بداية التالية (في حالة كثيفة حارة عالية الانتروبيا). الانتقال من حقبة إلى حقبة سلس على المستوى التجانسي؛ تستمر الدورة إلى ما لا نهاية.
نموذج بنروز مختلف بنيوياً عن شتاينهارت-توروك: لا يتضمن انقباضاً أو تصادم برانات أو بنى نظرية الأوتار. يعتمد على ميزات معينة للهندسة المتجانسة للسماح لنهاية الموت الحراري لحقبة واحدة بمطابقة البداية الكثيفة الحارة للتالية.
علاقة برهان بوردي-غوث-فيلينكين بالكونيات الدورية المتجانسة دقيقة. كل حقبة فردية تتضمن توسعاً إيجابياً وسطياً وستواجه قيد بوردي-غوث-فيلينكين داخل ذاتها. لكن البنية من حقبة إلى حقبة (إذا تم إضفاء الطابع الرسمي عليها بنجاح) يمكن من حيث المبدأ أن تمد التاريخ الماضي إلى ما لا نهاية.
ادعى بنروز أدلة تجريبية محتملة للكونيات الدورية المتجانسة (أنماط معينة في الإشعاع الكوني الخلفي للموجات الدقيقة)، رغم أن هذه الادعاءات محل جدال.
انتعاش الكونيات الكمية الحلقية
تقترح الكونيات الكمية الحلقية (بوجوالد، أشتيكار، وآخرون) أن التأثيرات الكمية-الثقالية عند كثافات عالية جداً (قرب تفرد الانفجار الأعظم التقليدي) تستبدل التفرد بانتعاش. في إطار الكونيات الكمية الحلقية، ينقبض الكون إلى حجم أدنى قبل أن ينتعش إلى التوسع؛ "الانفجار الأعظم" هو نقطة الانتعاش.
في بعض نماذج الكونيات الكمية الحلقية، يسبق الانتعاش مرحلة انقباض، سبقتها بدورها مرحلة توسع أخرى، وهكذا إلى ما لا نهاية في الماضي. يمكن للنموذج من حيث المبدأ أن يكون دورياً.
العلاقة ببوردي-غوث-فيلينكين تقنية. تتضمن نقطة الانتعاش فيزياء كمية-ثقالية حيث قد لا تنطبق افتراضات بوردي-غوث-فيلينكين الكلاسيكية.
مقترحات أخرى
عدة مقترحات أخرى - سيناريو فنيزيانو-غاسبيريني لما قبل الانفجار الأعظم، متغيرات لهنرز-أوفروت للاشتعالي، النماذج الدورية مع إقحام التضخم الأبدي - توسع النطاق المفهومي.
تقييم الاستراتيجيات الدورية
يتضمن تقييم الإطار لهذه المقترحات عدة ملاحظات.
إنها فيزياء جدية
يمثل كل من هذه المقترحات نظرية فيزيائية جدية. ليست حركات مرتجلة مصممة لتجنب الاستنتاجات الألوهية؛ بل هي استجابات لمشاكل نظرية حقيقية في الكونيات التضخمية التقليدية. يتعامل الإطار معها كفيزياء، وليس كمناورة أيديولوجية.
الحالة التجريبية ليست قوية
لم تحقق أي من المقترحات الدورية الدعم التجريبي الذي تتمتع به الكونيات التضخمية التقليدية. كان للنموذج الاشتعالي بعض التنبؤات التجريبية لكنها لم تؤكد بشكل حاسم؛ وادعاءات بنروز للكونيات الدورية المتجانسة حول أنماط الإشعاع الكوني الخلفي للموجات الدقيقة محل جدال. كعلم تجريبي، المقترحات الدورية تخمينية.
تجنب بوردي-غوث-فيلينكين لا يدحض الإطار
حتى لو نجحت كونيات دورية في تجنب برهان بوردي-غوث-فيلينكين وافترضت ماضياً غير محدود، فإن حجة الإطار لا تُدحض. نقطتان محوريتان.
دليل الإمكان مستقل عن البداية الزمنية. لا يتطلب دليل الإمكان لابن سينا (انظر ابن-سينا-الواجب-الوجود) أن يكون الكون قد بدأ في الزمن. حتى الكون الموجود أزلياً (دوري أو غير دوري) من الموجودات الممكنة يتطلب أساساً واجباً. حالة المسلك الأول للإطار مستقلة عن مسألة البداية الزمنية.
دليل الضبط الدقيق مستقل جزئياً عن البداية الزمنية. الضبط الدقيق للمعاملات الفيزيائية التي يُظهرها الكون يتطلب تفسيراً بغض النظر عما إذا كان الكون محدوداً أو غير محدود في المدة الماضية. يجب أن تُظهر الكونيات الدورية ذاتها المعاملات التي تسمح بالبنية المعقدة، ويبقى تفسير تلك المعاملات مفتوحاً. انظر فرضية-الأكوان-المتعددة-والضبط-الدقيق والضبط-الدقيق-المعاملات-الفردية.
قد تنطبق مشكلة عقول بولتزمان
قد تواجه الكونيات الدورية ذات المدة الماضية غير المحدودة مشكلة عقول بولتزمان (انظر مشكلة-عقول-بولتزمان-الكونيات). في كونيات دورية تعيش طويلاً بما فيه الكفاية، قد يتجاوز العدد التراكمي لمراقبي عقول بولتزمان عبر الدورات عدد المراقبين السببيين العاديين. هذه صعوبة تقنية للمقترحات الدورية لم تُحل.
ما تثبته المسألة الدورية
ضمن الإطار:
- الكونيات الدورية فيزياء جدية يجب التعامل معها بعناية.
- ينطبق برهان بوردي-غوث-فيلينكين في ظل شروط معينة تحاول بعض النماذج الدورية تجنبها.
- حتى التجنب الناجح لبوردي-غوث-فيلينكين لا يدحض الحالة الأوسع للإطار.
- ينطبق دليل الإمكان ودليل الضبط الدقيق بغض النظر عن مسألة البداية الزمنية.
ما لا تثبته:
- أن أي مقترح دوري معين صحيح. هذه أسئلة مفتوحة في الكونيات.
- أن الكونيات التضخمية التقليدية خاطئة. تبقى الكونيات التضخمية النموذج المعاصر الأكثر دعماً.
تحذير فيلينكين
كما يلاحظ الكونيات-الكمية-والخلق-من-عدم، كان فيلينكين نفسه حذراً بشأن دلالات برهان بوردي-غوث-فيلينكين. يُظهر البرهان عدم اكتمال الجيوديسيا الماضية في ظل شروط معينة؛ لا يستتبع بذاته البداية الميتافيزيقية. تتجنب بعض المقترحات الدورية شروط بوردي-غوث-فيلينكين بطرق تقنية معينة.
يتبع الإطار ضبط فيلينكين. برهان بوردي-غوث-فيلينكين قطعة واحدة من الأدلة؛ يساهم بتواضع في الحجة الكونية الكلامية (انظر الحجة-الكونية-الكلامية المنشورة)؛ لا يحمل الثقل الكامل للحالة الكونية للإطار. يحمل دليل الإمكان ودليل الضبط الدقيق ثقلاً مستقلاً.
ما يثبته هذا المقال
المساهمات:
- خريطة للمقترحات الكونية الدورية الرئيسية.
- علاقة كل منها ببرهان بوردي-غوث-فيلينكين.
- التعامل المتزن للإطار: الكونيات الدورية فيزياء جدية؛ والحالة الأوسع للإطار مستقلة عن مسألة البداية الزمنية.
الحدود:
- لا يحكم المقال في كل تفصيل تقني للكونيات الدورية المعاصرة.
- لا يدعي المقال أن أي مقترح دوري معين صحيح أو خاطئ كفيزياء.
الصلات بالمسالك الأخرى
- المسلك الثاني (هذا المسلك): مرافق لـ
الأصول-الكونيةالمنشور، والحجة-الكونية-الكلامية، ولـمشكلة-عقول-بولتزمان-الكونياتمن هذه المجموعة وفرضية-الأكوان-المتعددة-والضبط-الدقيقوهل-الضبط-الدقيق-حقيقيوالكونيات-الكمية-والخلق-من-عدممن المجموعات السابقة. - المسلك الأول (الفلسفي والميتافيزيقي): ينطبق دليل الإمكان بغض النظر عن النموذج الكوني. انظر
ابن-سينا-الواجب-الوجودودليل-الإمكانالمنشور.
التمييزات المفتاحية
- النموذج الاشتعالي (شتاينهارت-توروك؛ تصادمات البرانات، دورات الانقباض-التوسع) مقابل الكونيات الدورية المتجانسة (بنروز؛ التنعيم التجانسي من حقبة إلى حقبة) مقابل انتعاش الكونيات الكمية الحلقية (بوجوالد-أشتيكار؛ الانتعاش الكمي-الثقالي)
- التوسع الإيجابي الوسطي (الشرط ذو الصلة ببوردي-غوث-فيلينكين) مقابل التوسع الوسطي الصفري (ما تحاول النماذج الدورية تحقيقه)
- ينطبق برهان بوردي-غوث-فيلينكين (معظم الكونيات التضخمية) مقابل يُتجنب بوردي-غوث-فيلينكين (بعض المقترحات الدورية، في ظل شروط تقنية)
- مسألة البداية الزمنية (متأثرة بالكونيات الدورية مقابل التقليدية) مقابل مسألة الإمكان (مستقلة عن البداية الزمنية)
- الحالة التجريبية-الكونية للنماذج الدورية (ضعيفة) مقابل الحالة النظرية-الفيزيائية (كبيرة)
- ادعاءات بنروز للإشعاع الكوني الخلفي للموجات الدقيقة (محل جدال) مقابل تنبؤات الإشعاع الكوني الخلفي للموجات الدقيقة التضخمية التقليدية (مدعومة جيداً)
المؤيدون الرئيسيون
- بول شتاينهارت ونيل توروك — الكون اللانهائي (2007)
- روجر بنروز — دورات الزمن (2010)؛ الطريق إلى الواقع (2005)
- مارتين بوجوالد — ذات مرة قبل الزمن (2010)؛ الكونيات الكمية الحلقية
- أبهاي أشتيكار — عمل تقني مكثف في الكونيات الكمية الحلقية
- غابريلي فنيزيانو — سيناريو ما قبل الانفجار الأعظم
- ماوريزيو غاسبيريني — الكون قبل الانفجار الأعظم (2008)
النقاد الرئيسيون (للكونيات الدورية، جزئياً)
- ألكسندر فيلينكين — تعامل تقني مع النماذج الدورية، غالباً متشكك
- آلان غوث — مدافع عن الكونيات التضخمية التقليدية
- أندري ليندي — مدافع عن التضخم الأبدي
- العديد من علماء الكونيات — يتعاملون مع الحالة التجريبية للنماذج الدورية ومع ضدها
- معظم التعامل داخلي في الفيزياء؛ يتعامل الإطار مع هذا النقاش التقني بدلاً من إصدار أحكام فيه
قراءات إضافية
- بول شتاينهارت ونيل توروك، الكون اللانهائي: ما بعد الانفجار الأعظم، دابلداي، 2007
- روجر بنروز، دورات الزمن: رؤية جديدة استثنائية للكون، نوف، 2010
- مارتين بوجوالد، ذات مرة قبل الزمن: قصة كاملة للكون، نوف، 2010
- ماوريزيو غاسبيريني، الكون قبل الانفجار الأعظم: الكونيات ونظرية الأوتار، شبرينجر، 2008
- أرفيند بوردي وآلان غوث وألكسندر فيلينكين، "الأزمنة المكانية التضخمية غير مكتملة في الاتجاهات الماضية"، رسائل المراجعة الفيزيائية 90 (2003)
- آلان غوث، الكون التضخمي، هيليكس بوكس، 1998
- ألكسندر فيلينكين، عوالم كثيرة في واحد، هيل ووانغ، 2006
- شون كارول، من الأزل إلى هنا: البحث عن النظرية المطلقة للزمن، داتون، 2010
- وليم لين كريغ وجيمز د. سنكلير، "الحجة الكونية الكلامية"، في مرافق بلاكويل للاهوت الطبيعي، 2009