کشف راز کیهان وارونه: آیا جهانی پنهان در خلاف جهت زمان در حال حرکت است؟
آیا جهانی آینهای وجود دارد که در جهت معکوس زمان حرکت میکند؟ این سوالی است که نظریهای جسورانه در علم کیهانشناسی مطرح میکند و بحثهای جدیدی را در مورد ماهیت ماده تاریک، چگونگی وقوع مهبانگ (Big Bang) و احتمال وجود یک جهان آینهای (Mirror Universe) برانگیخته است. این نظریه که در سال ۲۰۱۸ در مقالهای در نشریه تخصصی Annals of Physics منتشر شد، فرضیهای شگفتانگیز را مطرح میکند.
این ایده بر اساس تحقیقات پژوهشگرانی از Perimeter Institute for Theoretical Physics در انتاریو کانادا شکل گرفته است. آنها معتقدند که جهان ما تنها یکی از دو جهانی است که در لحظه مهبانگ به طور متقارن از هم جدا شدهاند و جهان دیگر در خلاف جهت زمان ما در حال تحول و تکامل است.
تقارن جسورانه: مفهوم جهان آینهای
ایدهی جهانی که به عقب در زمان حرکت میکند، بیشتر به داستانهای علمی تخیلی شبیه است تا یک نظریه علمی. با این حال، این ایده از پرسشهای اساسی در کیهانشناسی (Cosmology) و فیزیک ذرات (Particle Physics) نشأت میگیرد. این “جهان پاد-” یا “جهان آینهای” به عنوان یک همتای معکوس زمانی برای جهان ما عمل میکند، بهگونهای که به صورت متقارن اما در جهت زمانی مخالف گسترش مییابد. در این دیدگاه، مهبانگ (Big Bang) نه یک نقطه آغازین منحصربهفرد، بلکه نوعی نقطه میانی زمانی (Temporal Midpoint) است – یک آینه کیهانی که دو واقعیت در حال گسترش را منعکس میکند، یکی به جلو در زمان (جهان ما) و دیگری به عقب.
آنچه این فرضیه را جذاب میکند، این است که به طور طبیعی یک اصل اساسی در فیزیک را احیا میکند: تقارن CPT – مخفف بار، برابری و زمان (Charge, Parity, and Time) – که بیان میکند قوانین فیزیک باید در صورت معکوس شدن بار، مختصات فضایی و زمان، بدون تغییر باقی بمانند. به جای فرض جهانی که به طور دلخواه این تقارن را نقض میکند، محققان جهانی را پیشنهاد میکنند که از طریق وجود یک جهان آینهای به آن احترام میگذارد. این ساختار متقارن، نیاز به مدلهای تورمی خاص پس از مهبانگ را از بین میبرد و توضیح سادهتری برای ساختار و تکامل کیهان ارائه میدهد.
بازاندیشی در مهبانگ بدون تورم کیهانی
کیهانشناسی سنتی معتقد است که اندکی پس از مهبانگ، جهان تحت یک فاز انبساط (Expansion Phase) شدید و سریع به نام تورم کیهانی (Cosmic Inflation) قرار گرفت. این مدل برای حل چندین معمای رصدی، مانند همگنی تابش زمینه کیهانی (Homogeneity of the Cosmic Microwave Background) و مسئله تخت بودن (Flatness Problem) طراحی شده بود. اما تورم خود پیچیدگیهای جدیدی را معرفی میکند، از جمله نیاز به میدانهای فرضی و پارامترهای تنظیمشده.
مدل جهان آینهای، با این حال، امکان یک جایگزین را فراهم میکند. طبق مطالعه سال ۲۰۱۸، اگر جهان در مورد مهبانگ متقارن باشد، رشد آن میتواند به طور طبیعی در طول زمان و بدون نیاز به انفجار تورمی رخ دهد. این بازنگری میتواند مدلسازی کیهانی را با کاهش تعداد فرضیات و سازوکارهای موقت سادهتر کند. همانطور که نویسندگان در مقاله خود توضیح میدهند: «از جمله موارد دیگر، ما به تفصیل پیامد قابل توجه این فرضیه را شرح خواهیم داد، یعنی یک توضیح جدید و بسیار اقتصادی برای ماده تاریک کیهانی».
به عبارت دیگر، فرضیه جهان آینهای به جای پیشنهاد یک جهان اولیه آشفته که برای توضیح آنچه امروز مشاهده میکنیم به تورم نیاز داشت، یک تولید منظم و متقارن (Orderly, Symmetric Genesis) را ارائه میدهد که پیامدهای عمیقی در درک ما از ماده و زمان دارد.
نوترینوهای راستدست و ماهیت ماده تاریک
شاید جالبترین نتیجه نظریه جهان پاد-، توضیح پیشنهادی آن برای ماده تاریک (Dark Matter) باشد، یکی از مبهمترین مفاهیم علمی مدرن. ماده تاریک نامرئی است، فقط به طور ضعیف با ماده معمولی تعامل دارد، و با این حال اثرات گرانشی را اعمال میکند که کهکشانها و ساختارهای کیهانی در مقیاس بزرگ را شکل میدهد. با وجود دههها تحقیق، هنوز به طور مستقیم مشاهده نشده است.
این نظریه فرض میکند که ماده تاریک ممکن است از نوترینوهای راستدست (Right-Handed Neutrinos) تشکیل شده باشد، یک شکل فرضی از نوترینو (Neutrino) که همتای آینهای نوترینوهای چپدست شناخته شده در مدل استاندارد فیزیک ذرات است. این نوترینوهای راستدست از طریق نیروهای الکترومغناطیسی (Electromagnetic) یا هستهای قوی (Strong Nuclear) تعامل نخواهند داشت، و در نتیجه برای ابزارهای ما عملاً “تاریک” خواهند بود.
اگر این درست باشد، به طور ظریفی با فرضیه جهان آینهای هماهنگ میشود. در جهان ما، بیشتر نوترینوهای چپدست را مشاهده میکنیم. در جهان پاد-، نوترینوهای راستدست غالب خواهند بود. این ذرات میتوانند به عنوان بقایایی از لحظه تقارن مهبانگ در جهان ما باقی بمانند، بنابراین ماده تاریک را نه به عنوان یک موجودیت جدید بیگانه، بلکه به عنوان یک محصول طبیعی از یک مدل کیهانی متقارن توضیح میدهند.
این تقارن همچنین نشان میدهد که آنتروپی (Entropy) کل جهان متعادلتر از آن چیزی است که قبلاً تصور میشد. به جای یک آغاز با آنتروپی پایین که با یک آینده با آنتروپی بالا دنبال میشود، هم جهان و هم آینه آن از یک نقطه مرکزی با آنتروپی پایین – مهبانگ – به سمت آنتروپی بالاتر تکامل مییابند.
نقش فیزیک نظری در شکلدهی احتمالات کیهانی
در حالی که نظریه جهان پاد- ممکن است گمانهزنی به نظر برسد، بر اساس مدلسازی ریاضی دقیق استوار است و با محدودیتهای رصدی فعلی سازگار است. این یک جایگزین برای علم دادهمحور نیست، بلکه ابزاری برای تولید پیشبینیهای قابل آزمایش (Testable Predictions) است که ممکن است با آزمایشهای آینده، مانند رصدخانههای نوترینو یا اندازهگیریهای دقیق تابش زمینه کیهانی (Cosmic Microwave Background) تأیید یا رد شوند.
کیهانشناسی نظری اغلب در لبههای دانش شناخته شده و ناشناخته عمل میکند. همانطور که Caroline Delbert اشاره میکند، این نوع نظریهپردازی «بخش مهمی از کیهانشناسی است، زیرا دانشمندان برای مطالعه و تصمیمگیری در مورد گام نظری بعدی خود، باید نظریههای موجود و منتشر شده داشته باشند». محققان با نقشهبرداری از پیامدهای منطقی تقارن، راههای جدیدی را برای تحقیق باز میکنند که در غیر این صورت ممکن است برای دادهها به تنهایی نامرئی باشند.
زیبایی چنین نظریههایی نه در قطعیت آنها، بلکه در قدرت توضیحی (Explanatory Power) آنها نهفته است – توانایی آنها در سنتز مشاهدات متفاوت در یک چارچوب منسجم. فرضیه جهان پاد- یکی از این چارچوبها است، و حتی اگر بعداً نادرست ثابت شود، قبلاً در ایجاد گفتمان علمی جدید موفق بوده است.
