پنج جایگزین ناموفق نظریه‌ بیگ‌بنگ و علت رد آن‌ها

نظریه‌ی بیگ‌بنگ برای اولین‌بار درحدود یک قرن پیش ارائه شد. بیگ‌بنگ نظریه‌ای غالب برای توصیف تاریخچه‌ی کیهان است. این نظریه با تمام شواهد موجود ازجمله انبساط جهان، شکل‌گیری عناصر نور، وجود تابش زمینه کیهانی، تکامل تار و پود کیهانی و بسیاری از شواهد دیگر منطبق است.

به‌طور خلاصه، جهان به‌عنوان نقطه‌ای به‌شدت داغ و متراکم شروع شد و از حدود ۱۳/۸ میلیارد سال پیش با انبساط تدریجی به‌مرور بزرگ‌تر و سردتر شد. این خلاصه‌ی نظریه‌ی بیگ‌بنگ است؛ اما برای رسیدن به املت کیهانی باید چند تخم‌مرغ را بشکنید. در مدت چند دهه، نظریه‌ی بیگ‌بنگ با چالش‌های بسیار سنگینی مواجه شده است. درادامه، به جایگزین‌های این نظریه و دلیل ناکامی آن‌ها اشاره می‌کنیم.

قبل از توسعه‌ی نظریه‌ی بیگ‌بنگ، توافق دانشمندان بر سر این مسئله بود که جهان همیشه وجود داشته است و همیشه وجود خواهد داشت. براساس این نظریه، ستاره‌ها گاهی منفجر می‌شوند و گاهی دنباله‌داری تصادفی ظاهر می‌شود؛ اما به‌طورکلی جهان همیشه وجود داشته است. درواقع، جهان پرده‌ی منقوشی در مقیاس بزرگ است که تا ابد بدون تغییر باقی می‌ماند.

بااین‌حال، پس از آنکه ادوین هابل انبساط جهان را کشف کرد، همه گیج شدند. این کشف ایده‌ی جهان ابدی را رد کرد؛ چراکه در کیهان در حال انبساط، جهان کاملاً با گذشته‌ی خود متفاوت است و قطعاً آینده‌ی متفاوتی هم خواهد داشت. در‌واقع، براساس شواهد ما در جهانی در حال تکامل و متغیر زندگی می‌کنیم.

حتی با وجود این درک که جهان در حال انبساط است، بسیاری از ستاره‌شناسان مخالف نظریه‌ی بیگ‌بنگ بودند. بزرگ‌ترین مخالف این نظریه در اوایل قرن بیستم، نظریه‌ای به نام مدل وضعیت پایدار بود که اولین‌بار ستاره‌شناسی به نام فرد هویل ارائه داد.

در مدل وضعیت پایدار، جهان همیشه در حال انبساط است؛ اما همیشه ماده‌ای جدید در خلأ ظاهر می‌شود تا جایگزین آن شود. براساس این نظریه، کیهان بزرگ می‌شود؛ اما چگالی آن یکسان باقی می‌ماند؛ درنتیجه تا اندازه‌ای فرضیه‌ی جهان ابدی را حفظ می‌کند. به‌بیان‌ دیگر، در مدل وضعیت پایدار جهان متغیر است؛ اما در بازه‌های زمانی طولانی ثابت باقی می‌ماند.

مدل وضعیت پایدار با دو رصد اصلی متوقف شد: یکی اختروش‌ها (کوازار) و دیگری تابش زمینه کیهانی (CMB). اختروش‌ها منابع درخشانی از پرتوهای رادیویی هستند که در جهان دوردست پیدا می‌شوند و CMB هم منبع پرتوهایی است که ما را از همه‌سمت احاطه کرده‌اند. در چشم‌انداز بیگ‌بنگ، توصیف این بخش‌ها ساده است: نور CMB از دوره‌ی آغازی‌تری در تاریخچه‌ی کیهانی سرچشمه می‌گیرد؛ یعنی زمانی که همه‌چیز متفاوت بود؛ اما در مدل وضعیت پایدار، جهان آغازین باید به جهان کنونی شباهت داشته باشد.

هانس آلوین، فیزیک‌دان برنده‌ی جایزه‌ی نوبل، رقیب دیگر نظریه‌ی بیگ‌بنگ را ارائه دارد. آلوین استاد درک نیروهای داخل گازهای باردار الکتریکی موسوم به پلاسما بود و شاخه‌ای کامل از فیزیک موسوم به هیدرودینامیک مغناطیس را توسعه داد.

به‌عقیده‌ی آلوین، ازآن‌‌جاکه نیروهای الکترومغناطیسی قوی‌تر از نیروهای گرانشی بودند، آنچه در کیهان می‌بینیم، پیامدهای الکترومغناطیس است نه گرانش. این پیامدها، تکامل منظومه‌ی شمسی، تولد ستاره‌ها و انبساط جهان را هم دربرمی‌گیرند. آلوین معتقد بود که جهان ترکیبی از بسته‌های بزرگ ماده و پادماده است که به‌صورت پیوسته در رقابت هستند. این حباب‌ها درمقابل یکدیگر منبسط و به انبساط جهان منجر می‌شوند و وقتی با یکدیگر برخورد کنند نور CMB ایجاد می‌شود.

متأسفانه آلوین راهی برای تطبیق جهان الکتریکی با مشاهدات به‌ویژه قانون هابل ارائه نداد. برای کهکشان‌های مجاور، سرعت دور‌شدن متناسب با فاصله‌ی آن‌ها است؛ چیزی که براساس نظریه‌ی نسبیت عام و انبساط جهان توصیف می‌شود. در مدل آلوین، تمام کهکشان‌ها با سرعت ثابت از یکدیگر دور می‌شوند.

بیگ‌بنگ مانند تمام نظریه‌های علمی دیگر کامل نیست. یکی از شاخصه‌های گیج‌کننده‌ی جهان مسطح‌بودن آن در مقیاس‌های بزرگ است. مناطق کیهان به‌طور وسیعی از یکدیگر جدا هستند؛ اما دمای یکسانی دارند. در جهان آغازین، زمان برای متوازن‌سازی این بخش‌ها کافی نبوده است. به این مسئله، افق گفته می‌شود و در سال ۱۹۶۹ فیزیکدانی به نام چارلز میسنر راه‌حلی به نام کیهان‌شناسی میکس‌مستر را برای آن ارائه داد.

در جهان میکس‌مستر، کیهان اولیه به‌شدت بی‌نظم بود؛ به‌طوری‌که فضا به‌صورت پیوسته در نوسان بود. این بی‌نظمی دو پیامد داشت: ۱. ترکیب مواد در مقیاس‌های بزرگ و در‌نهایت به‌وجود‌آمدن ساختارهایی مثل کهکشان‌ها؛ ۲. متوازن‌سازی همه‌چیز در مقیاس‌های وسیع (برای همگن‌سازی کلی جهان). با وجود نام جالب جهان میکس‌مستر، ریاضیات منطبق با مدل‌های این جهان وجود ندارد و توصیف دیگری از جهان آغازین به نام تورم توانست مسئله‌ی افق را به شیوه‌ای ساده‌تر توصیف کند.

یکی از مسائل مفهومی بزرگ بیگ‌بنگ این است که ابتدا دارد. زمانی هیچ جهانی وجود نداشته و پس‌ازآن به‌وجود آمده است. ازآن‌‌‌جاکه مدل بیگ‌بنگ تلاشی برای توصیف ابتدای واقعی جهان نمی‌کند، در سال‌های گذشته، تلاش‌های متعددی برای ایجاد سناریو بیگ‌بنگ از دیگر فرایندهای فیزیکی صورت گرفته است.

تقریباً تمام این تلاش‌ها برای جایگزینی بیگ‌بنگ به جهان چرخه‌ای ختم شدند که در آن بیگ‌بنگ، تنها یکی از رشته‌های بی‌نهایت طولانی جهان است؛ زیرا اگر بیگ‌بنگ را با پیشامد واحد دیگر جایگزین کنید، هیچ‌چیز تغییر نمی‌کند. برهمین‌اساس، مدل‌های چرخه‌ای جهانی ابدی را با مراحلی بیشتر ارائه می‌کنند.

تمام این مدل‌ها در توصیف انرژی تاریک دچار مشکل هستند. انرژی تاریک عامل افزایش سرعت انبساط جهان است و هیچ علامتی از کندشدن در آن دیده نمی‌شود. ازاین‌رو، هر مدل پیچیده‌ای برای کیهان باید بیگ‌بنگ را هم درنظر بگیرد؛ زیرا بیگ‌بنگ کل شواهد موجود را توصیف می‌کند؛ بنابراین، صرف‌نظر از هر چیزی، بیگ‌بنگ همیشه برنده خواهد بود.