المقال المنشور في مجلة New Scientist يستعرض أفكار الفيزيائي والفيلسوف شون كارول حول كونٍ يتكرر إلى الأبد بنفس التفاصيل الدقيقة في كل دورة زمنية. يشرح كارول كيف يمكن لنظرية الكم أن تقود إلى نموذج كوني دوري تمامًا، حيث يتمدد الكون ثم ينكمش ليبدأ من جديد، مما يلغي مشكلة "عقول بولتزمان" التي تفترض ظهور أدمغة واعية عشوائيًا في أكوان طويلة العمر. يناقش المقال أيضًا انعكاسات هذا النموذج على مفاهيم مثل الإرادة الحرة وسهم الزمن، موضحًا أن الزمن في هذه الرؤية لا يمتلك اتجاهًا ثابتًا بل يتبدل مع كل دورة كونية، في محاولة لفهم أعمق لعلاقة الجاذبية الكمّية بالإنتروبيا وطبيعة الزمن.
The surprising upsides of living in a reality that repeats for eternity
إذا كان شون كارول محقًا، فقد حدث هذا اللقاء من قبل. ليس مرة واحدة فقط، بل عددًا لا نهائيًا من المرات. في دورة سابقة من دورات الكون، التقينا في دبلن، وطرحنا وأجبنا على نفس الأسئلة، وناقشنا الاحتمال المقلق بأن الكون مُقدّر له أن يعيد نفسه تمامًا.
كارول، وهو عالم كونيات كمّي وفيلسوف في جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور، ماريلاند، يسعى وراء أحد أعمق الأسئلة في الفيزياء: كيف تنشأ الجاذبية والكون الكلاسيكي المألوف من القواعد الغريبة لميكانيكا الكم. لكن على عكس معظم علماء الكونيات، الذين يبدأون من الكون الذي نرصده ثم يحاولون الرجوع إلى الوراء، يبدأ كارول من المشهد الواسع لجميع الاحتمالات الكمّية – متخذًا نظرية الكم نفسها كدليل له.
على خلاف حكمه الأفضل، قادته هذه المقاربة نحو كون يتمدد باستمرار ثم ينكمش قبل أن تبدأ دورة جديدة. الأكوان الدورية ليست جديدة، لكن اقتراح كارول يحمل التفافًا غريبًا. ففي معظم هذه النماذج، تختلف كل دورة عن التي قبلها. لكن على العكس، دوراته متطابقة تمامًا: كل مجرة تتشكل من جديد، كل حياة تتكشف مرة أخرى، وكل محادثة تُعاد كلمة بكلمة.
هذه الصورة الغريبة تقدم أيضًا مخرجًا محتملًا من لغز غير مريح يتعلق بما يسمى عقول بولتزمان؛ ففي العديد من نماذج الأكوان التي تستمر لفترة طويلة بما يكفي، يجب أن تظهر أدمغة واعية ذات ذكريات زائفة إلى الوجود، إلى درجة أنها تتجاوز في عددها العقول العادية.
مجلة نيو ساينتست التقت كارول في مؤتمر الفلسفة "التعامل مع الزمن والصدفة" في كلية ترينيتي في دبلن، أيرلندا، لتسأله كيف وصل إلى مثل هذه الكوسمولوجيا الغريبة، وكيف تحل مشكلة عقول بولتزمان، وماذا تخبرنا عن طبيعة الزمن.
جاكلين كوان: منهجك يبدأ من ميكانيكا الكم بدلًا من الكون الموصوف بواسطة النسبية العامة. لماذا؟
شون كارول: ميكانيكا الكم هي الرؤية الأكثر أساسية التي نملكها للعالم. ومع ذلك، عندما تأخذ دروس الفيزياء، يتم تعليمك أولًا الميكانيكا الكلاسيكية. ثم، عندما تُدرَّس ميكانيكا الكم، تبدأ بنظام كلاسيكي وتتعلم كيف تحوله إلى نظام كمّي. بمعنى آخر، تتعلم كيفية "تكميم" النظرية.
لقد نجح هذا النهج بشكل جيد جدًا مع قوى مثل الكهرومغناطيسية، لكنه لم يبدُ أنه يعمل بأي طريقة طبيعية أو مباشرة مع الجاذبية. لذلك، وجهة نظري هي أننا كنا محظوظين مع القوى الأخرى للطبيعة. الأمر المفاجئ ليس أن الجاذبية صعبة التكميم – بل أن التكميم يعمل بشكل جيد جدًا مع كل شيء آخر.
لذا، ما كنت أفكر فيه خلال العقد الماضي تقريبًا هو كيفية البدء من ميكانيكا الكم واستخلاص العالم المرصود منها، بدلًا من البدء من العالم المرصود ومحاولة تكميمه. بدأت بالسؤال: ماذا لو أخذنا ميكانيكا الكم على محمل الجد؟
يبدو ذلك كنقطة بداية واضحة. لكن عندما تطبق أفكارًا كهذه على كون أبدي، ستواجه سريعًا مشكلة خطيرة محتملة: عقول بولتزمان.
كارول، وهو عالم كونيات كمّي وفيلسوف في جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور، ماريلاند، يسعى وراء أحد أعمق الأسئلة في الفيزياء: كيف تنشأ الجاذبية والكون الكلاسيكي المألوف من القواعد الغريبة لميكانيكا الكم. لكن على عكس معظم علماء الكونيات، الذين يبدأون من الكون الذي نرصده ثم يحاولون الرجوع إلى الوراء، يبدأ كارول من المشهد الواسع لجميع الاحتمالات الكمّية – متخذًا نظرية الكم نفسها كدليل له.
على خلاف حكمه الأفضل، قادته هذه المقاربة نحو كون يتمدد باستمرار ثم ينكمش قبل أن تبدأ دورة جديدة. الأكوان الدورية ليست جديدة، لكن اقتراح كارول يحمل التفافًا غريبًا. ففي معظم هذه النماذج، تختلف كل دورة عن التي قبلها. لكن على العكس، دوراته متطابقة تمامًا: كل مجرة تتشكل من جديد، كل حياة تتكشف مرة أخرى، وكل محادثة تُعاد كلمة بكلمة.
هذه الصورة الغريبة تقدم أيضًا مخرجًا محتملًا من لغز غير مريح يتعلق بما يسمى عقول بولتزمان؛ ففي العديد من نماذج الأكوان التي تستمر لفترة طويلة بما يكفي، يجب أن تظهر أدمغة واعية ذات ذكريات زائفة إلى الوجود، إلى درجة أنها تتجاوز في عددها العقول العادية.
مجلة نيو ساينتست التقت كارول في مؤتمر الفلسفة "التعامل مع الزمن والصدفة" في كلية ترينيتي في دبلن، أيرلندا، لتسأله كيف وصل إلى مثل هذه الكوسمولوجيا الغريبة، وكيف تحل مشكلة عقول بولتزمان، وماذا تخبرنا عن طبيعة الزمن.
جاكلين كوان: منهجك يبدأ من ميكانيكا الكم بدلًا من الكون الموصوف بواسطة النسبية العامة. لماذا؟
شون كارول: ميكانيكا الكم هي الرؤية الأكثر أساسية التي نملكها للعالم. ومع ذلك، عندما تأخذ دروس الفيزياء، يتم تعليمك أولًا الميكانيكا الكلاسيكية. ثم، عندما تُدرَّس ميكانيكا الكم، تبدأ بنظام كلاسيكي وتتعلم كيف تحوله إلى نظام كمّي. بمعنى آخر، تتعلم كيفية "تكميم" النظرية.
لقد نجح هذا النهج بشكل جيد جدًا مع قوى مثل الكهرومغناطيسية، لكنه لم يبدُ أنه يعمل بأي طريقة طبيعية أو مباشرة مع الجاذبية. لذلك، وجهة نظري هي أننا كنا محظوظين مع القوى الأخرى للطبيعة. الأمر المفاجئ ليس أن الجاذبية صعبة التكميم – بل أن التكميم يعمل بشكل جيد جدًا مع كل شيء آخر.
لذا، ما كنت أفكر فيه خلال العقد الماضي تقريبًا هو كيفية البدء من ميكانيكا الكم واستخلاص العالم المرصود منها، بدلًا من البدء من العالم المرصود ومحاولة تكميمه. بدأت بالسؤال: ماذا لو أخذنا ميكانيكا الكم على محمل الجد؟
يبدو ذلك كنقطة بداية واضحة. لكن عندما تطبق أفكارًا كهذه على كون أبدي، ستواجه سريعًا مشكلة خطيرة محتملة: عقول بولتزمان.
ما هي عقول بولتزمان؟
إذا كنت تعتقد أن الكون يستمر إلى الأبد، فإنه يقضي معظم وقته قريبًا من حالة تُسمّى التوازن الحراري. وهي حالة تكون فيها الطاقة موزعة بأكبر قدر ممكن من التساوي، وعلى السطح، لا يحدث الكثير.
لكن إذا لم تكن درجة الحرارة صفرًا تمامًا، فإن هذه الحالة التي تبدو بلا أحداث يمكنها أن تتقلب، مما يسمح لجيوب صغيرة من النظام بالظهور. خذ الهواء في الغرفة التي تجلس فيها. هناك مسألة كلاسيكية لطلبة المرحلة الجامعية تسأل كم من الوقت سيستغرق كل الهواء، عبر الحركة العشوائية، لينتهي في نصف واحد من الغرفة. سيحدث ذلك في النهاية، لكن فقط بعد زمن أطول بكثير من عمر الكون.
مع مرور وقت كافٍ، يتقلب الكون إلى كل ما هو مسموح به. يشمل ذلك كونًا مثل كوننا، لكنه يشمل أيضًا مراقبين محاطين بفراغ. هذه الأدمغة التي تظهر تلقائيًا، مكتملة بذكريات غير موثوقة عن وجودها في كوننا، هي عقول بولتزمان.
في العديد من النماذج الأبدية، يتم إنتاج عقول بولتزمان بأعداد تفوق بشكل ساحق المراقبين العاديين الذين تطوروا من المجرات والنجوم والحياة على الكواكب. وإذا قالت نظريتك إن كل مراقب تقريبًا لديه تجارب مثل تجاربك هو في الواقع تقلب عشوائي بذكريات غير موثوقة، فيمكنك أن تستنتج أنك ربما واحد منهم، وأنه لا توجد علاقة حقيقية بين ما تتذكره وما حدث فعليًا.
وهنا تبدأ الفكرة في التهام نفسها: إذا كانت النظرية صحيحة، فلن يكون لدينا سبب جيد للثقة بالملاحظات أو الاستنتاجات التي قادتنا إلى الإيمان بها.
لكن إذا لم تكن درجة الحرارة صفرًا تمامًا، فإن هذه الحالة التي تبدو بلا أحداث يمكنها أن تتقلب، مما يسمح لجيوب صغيرة من النظام بالظهور. خذ الهواء في الغرفة التي تجلس فيها. هناك مسألة كلاسيكية لطلبة المرحلة الجامعية تسأل كم من الوقت سيستغرق كل الهواء، عبر الحركة العشوائية، لينتهي في نصف واحد من الغرفة. سيحدث ذلك في النهاية، لكن فقط بعد زمن أطول بكثير من عمر الكون.
مع مرور وقت كافٍ، يتقلب الكون إلى كل ما هو مسموح به. يشمل ذلك كونًا مثل كوننا، لكنه يشمل أيضًا مراقبين محاطين بفراغ. هذه الأدمغة التي تظهر تلقائيًا، مكتملة بذكريات غير موثوقة عن وجودها في كوننا، هي عقول بولتزمان.
في العديد من النماذج الأبدية، يتم إنتاج عقول بولتزمان بأعداد تفوق بشكل ساحق المراقبين العاديين الذين تطوروا من المجرات والنجوم والحياة على الكواكب. وإذا قالت نظريتك إن كل مراقب تقريبًا لديه تجارب مثل تجاربك هو في الواقع تقلب عشوائي بذكريات غير موثوقة، فيمكنك أن تستنتج أنك ربما واحد منهم، وأنه لا توجد علاقة حقيقية بين ما تتذكره وما حدث فعليًا.
وهنا تبدأ الفكرة في التهام نفسها: إذا كانت النظرية صحيحة، فلن يكون لدينا سبب جيد للثقة بالملاحظات أو الاستنتاجات التي قادتنا إلى الإيمان بها.
هل تقدّم الكوسمولوجيات الدورية مخرجًا؟
لست من المعجبين بالكوسمولوجيات الدورية، بصراحة تامة. لقد كانت موجودة منذ وقت طويل، ودائمًا ما أقلق من أنها إما لا تحل المشكلات الموجودة أو تخلق مشكلات جديدة خاصة بها. على سبيل المثال، بعض الكميات تتطلب قدرًا لا نهائيًا من الضبط الدقيق [لتتطابق مع الكون الذي نرصده اليوم]. لذلك، لم أقضِ الكثير من الوقت في التفكير فيها.
لكن ما أدركناه في هذه الورقة البحثية الأخيرة مع زملائي في جامعة جونز هوبكنز، ناديا دياتشينكو وساكشي دولاني، هو أن هناك ثغرة في القلق المتعلق بعقول بولتزمان. لنبدأ بوصف كمّي للكون بأكمله يُسمّى "دالة موجة الكون". تصف ميكانيكا الكم الكون باستخدام فضاء رياضي يُسمّى فضاء هيلبرت. لا نعرف ما إذا كان فضاء هيلبرت محدود الأبعاد أو غير محدود؛ قد يكون محدودًا، لذلك قررنا التحقيق في هذه الإمكانية.
لكن ما أدركناه في هذه الورقة البحثية الأخيرة مع زملائي في جامعة جونز هوبكنز، ناديا دياتشينكو وساكشي دولاني، هو أن هناك ثغرة في القلق المتعلق بعقول بولتزمان. لنبدأ بوصف كمّي للكون بأكمله يُسمّى "دالة موجة الكون". تصف ميكانيكا الكم الكون باستخدام فضاء رياضي يُسمّى فضاء هيلبرت. لا نعرف ما إذا كان فضاء هيلبرت محدود الأبعاد أو غير محدود؛ قد يكون محدودًا، لذلك قررنا التحقيق في هذه الإمكانية.
ستحتاج إلى أن تخبرنا ما هو فضاء هيلبرت.
فضاء هيلبرت هو فضاء جميع الحالات الكمّية الممكنة، أو جميع الدوال الموجية الممكنة. لأخذ أبسط مثال، يمتلك الإلكترون الواحد خاصية داخلية تُسمّى "اللفّ" تكون إما لأعلى أو لأسفل أو مزيجًا من الاثنين: فضاء هيلبرت يحتوي على كل تلك الاحتمالات والتركيبات.
إذا كان فضاء هيلبرت محدودًا، يمكننا استخدام نتيجة شهيرة تُسمّى مبرهنة التكرار، والتي تعود إلى عالم الرياضيات هنري بوانكاريه. كان يفكر في الأصل في الكواكب التي تتحرك حول الشمس. تقول المبرهنة إنه إذا كان للنظام نطاق محدود فقط من الحالات الممكنة، فإنه، مع مرور وقت كافٍ، يجب أن يعود في النهاية قريبًا جدًا من حيث بدأ. هذا منطقي: لديك كمية لا نهائية من الوقت، لكن عددًا محدودًا من الحالات التي يمكن شغلها. بالطبع، ستعود في النهاية إلى حالة زرتها من قبل.
ضع هذه العناصر معًا – عددًا محدودًا من الحالات الممكنة تتطور بسلاسة عبر زمن لا نهائي – وستحصل على دورات.
عادةً، تزور كل دورة جميع الحالات المسموح بها، والتي يشمل الكثير منها عقول بولتزمان. لكن إذا اخترت تطور الكون بدقة، فلن تحتاج الدالة الموجية إلى زيارة كل حالة ممكنة. تخيّل ضبط جميع الذرات، كل كرات البلياردو الصغيرة التي ترتطم ببعضها، بحيث لا تستكشف كل ترتيب ممكن. إنها تتحرك على مسار واحد وفي النهاية ترتدّ فقط – تعيد تتبعه. إذا لم يمر هذا المسار عبر حالات تحتوي على عقول بولتزمان، فلن تُنتج تلك العقول. أو على الأقل ستكون نادرة بما يكفي بحيث لا تشكل معظم المراقبين في الكون.
هذا ما نجادل بأنه يمكن أن يحدث في نموذجنا. ليس كافيًا أن يكون الكون دوريًا بمعنى فضفاض. يجب أن يكون تطوره الكمّي دوريًا تمامًا.
إذا كان فضاء هيلبرت محدودًا، يمكننا استخدام نتيجة شهيرة تُسمّى مبرهنة التكرار، والتي تعود إلى عالم الرياضيات هنري بوانكاريه. كان يفكر في الأصل في الكواكب التي تتحرك حول الشمس. تقول المبرهنة إنه إذا كان للنظام نطاق محدود فقط من الحالات الممكنة، فإنه، مع مرور وقت كافٍ، يجب أن يعود في النهاية قريبًا جدًا من حيث بدأ. هذا منطقي: لديك كمية لا نهائية من الوقت، لكن عددًا محدودًا من الحالات التي يمكن شغلها. بالطبع، ستعود في النهاية إلى حالة زرتها من قبل.
ضع هذه العناصر معًا – عددًا محدودًا من الحالات الممكنة تتطور بسلاسة عبر زمن لا نهائي – وستحصل على دورات.
عادةً، تزور كل دورة جميع الحالات المسموح بها، والتي يشمل الكثير منها عقول بولتزمان. لكن إذا اخترت تطور الكون بدقة، فلن تحتاج الدالة الموجية إلى زيارة كل حالة ممكنة. تخيّل ضبط جميع الذرات، كل كرات البلياردو الصغيرة التي ترتطم ببعضها، بحيث لا تستكشف كل ترتيب ممكن. إنها تتحرك على مسار واحد وفي النهاية ترتدّ فقط – تعيد تتبعه. إذا لم يمر هذا المسار عبر حالات تحتوي على عقول بولتزمان، فلن تُنتج تلك العقول. أو على الأقل ستكون نادرة بما يكفي بحيث لا تشكل معظم المراقبين في الكون.
هذا ما نجادل بأنه يمكن أن يحدث في نموذجنا. ليس كافيًا أن يكون الكون دوريًا بمعنى فضفاض. يجب أن يكون تطوره الكمّي دوريًا تمامًا.
إذًا، نحن لا نرى مجرد تعاقبٍ لكونٍ مشابهٍ بشكل عام، بل التاريخ نفسه يتكرر تمامًا؟
نعم، ما زلت تحصل على الانفجار العظيم، ويتمدد الكون ويبرد، ويُفرغ إلى فضاءٍ فارغ. هذا بالضبط ما يحدث في الكون الذي نرصده – المجرات تتحرك مبتعدة أكثر، الفوتونات في إشعاع الخلفية الكونية تتخفف وتبرد. في النهاية، لن يبقى شيء سوى الفضاء الفارغ. ويبقى الكون في الفضاء الفارغ لمدة طويلة جدًا جدًا.
ثم، في تصورنا، تعيد تشغيل الانفجار العظيم بشكلٍ عكسي. تمامًا كما أن التمدد يتضمن ابتعاد كل شيء وتخففه، والجسيمات تبتعد أكثر والفوتونات تتمدد بحيث تنزاح نحو الأحمر، فإنك تدريجيًا ترى الفوتونات تأتي وتصبح مضغوطة أكثر وتنزاح نحو الأزرق. الجسيمات تظهر إلى الوجود وتصبح أكثر عددًا. بدلًا من تكوين الثقوب السوداء، تُكوّن ثقوبًا بيضاء، والتي تقذف المادة والطاقة باستمرار نحو الخارج.
تُروى القصة كلها بشكلٍ عكسي، وصولًا إلى انكماش يشبه تمامًا الانفجار العظيم وهو يُعاد تشغيله إلى الوراء عبر الزمن. ذلك الانكماش يصل إلى نقطة ارتداد، ثم تحصل على الانفجار العظيم العادي وتعيد الدورة مرة أخرى.
حتى الآن، يبدو هذا مشابهًا لمعظم الكوسمولوجيات الدورية، لكن في نموذجنا، الكون ليس مجرد دوري، بل هو دوري بشكلٍ حقيقي. فكّر في بندول – بعد فترة ثابتة، يعود إلى الحالة نفسها تمامًا ويعيد نفس الحركة. عليك فقط الانتظار مدة طويلة بشكلٍ غير معقول. عمر كوننا حوالي 10¹⁰ سنوات، بينما نحن نتحدث عن رقم أكبر بشكلٍ لا يمكن فهمه يُسمّى غوغولبلكس.
يستغرق الأمر وقتًا طويلًا لأن هناك الكثير من الأجزاء المختلفة من الحالة الكمّية للكون تتطور في الوقت نفسه، ولا يتكرر كل شيء إلا عندما تصطف جميعها مرة أخرى. لكن إذا انتظرت مدة كافية، فإن التاريخ الكامل للكون يتكرر تمامًا. ويفعل ذلك عددًا لا نهائيًا من المرات.
ثم، في تصورنا، تعيد تشغيل الانفجار العظيم بشكلٍ عكسي. تمامًا كما أن التمدد يتضمن ابتعاد كل شيء وتخففه، والجسيمات تبتعد أكثر والفوتونات تتمدد بحيث تنزاح نحو الأحمر، فإنك تدريجيًا ترى الفوتونات تأتي وتصبح مضغوطة أكثر وتنزاح نحو الأزرق. الجسيمات تظهر إلى الوجود وتصبح أكثر عددًا. بدلًا من تكوين الثقوب السوداء، تُكوّن ثقوبًا بيضاء، والتي تقذف المادة والطاقة باستمرار نحو الخارج.
تُروى القصة كلها بشكلٍ عكسي، وصولًا إلى انكماش يشبه تمامًا الانفجار العظيم وهو يُعاد تشغيله إلى الوراء عبر الزمن. ذلك الانكماش يصل إلى نقطة ارتداد، ثم تحصل على الانفجار العظيم العادي وتعيد الدورة مرة أخرى.
حتى الآن، يبدو هذا مشابهًا لمعظم الكوسمولوجيات الدورية، لكن في نموذجنا، الكون ليس مجرد دوري، بل هو دوري بشكلٍ حقيقي. فكّر في بندول – بعد فترة ثابتة، يعود إلى الحالة نفسها تمامًا ويعيد نفس الحركة. عليك فقط الانتظار مدة طويلة بشكلٍ غير معقول. عمر كوننا حوالي 10¹⁰ سنوات، بينما نحن نتحدث عن رقم أكبر بشكلٍ لا يمكن فهمه يُسمّى غوغولبلكس.
يستغرق الأمر وقتًا طويلًا لأن هناك الكثير من الأجزاء المختلفة من الحالة الكمّية للكون تتطور في الوقت نفسه، ولا يتكرر كل شيء إلا عندما تصطف جميعها مرة أخرى. لكن إذا انتظرت مدة كافية، فإن التاريخ الكامل للكون يتكرر تمامًا. ويفعل ذلك عددًا لا نهائيًا من المرات.
إذًا، حتى محادثتنا الحالية كانت قد حدثت بالفعل في تكرارات سابقة وستحدث دائمًا في المستقبل. كيف تشعر تجاه فكرة أنه لا يوجد شيء مميز على الإطلاق بشأن اللحظة الحالية؟
ليس لدي مشاعر قوية تجاه ذلك. كما نقول في الورقة، الأمر مسألة ذوق. يمكنك أن تفكر في هذا ككوسمولوجيا دورية يتكرر فيها التاريخ مرارًا وتكرارًا. أو يمكنك التعامل معه ككونٍ واحد يحدث مرة واحدة ثم يلتهم ذيله، مثل الأوروبوروس – الرمز القديم لثعبان يأكل ذيله.
ماذا يعني كونٌ يتكرر إلى الأبد بالنسبة للإرادة الحرة؟
إذا كان غياب الإرادة الحرة يزعجك، فإن ما يجب أن يزعجك حقًا هو وجود قوانين الفيزياء. إذا كنت تعرف ما يحدث في وقتٍ ما، فيمكنك أن تقول ما سيحدث في كل الأوقات الأخرى.
حتى لو لم تكن قوانين الفيزياء حتمية، كما في بعض تفسيرات نظرية الكم، فلا توجد أي دلالات على الإرادة الحرة؛ كل ما يهم هو وجود قوانين في المقام الأول. إضافة مولّد أرقام عشوائية إلى قوانين الفيزياء لا يعني أن قوة إرادتك لديها القدرة على تحديد ما يحدث. لا توجد أي نسخة معروفة من ميكانيكا الكم تقول ذلك.
حتى لو لم تكن قوانين الفيزياء حتمية، كما في بعض تفسيرات نظرية الكم، فلا توجد أي دلالات على الإرادة الحرة؛ كل ما يهم هو وجود قوانين في المقام الأول. إضافة مولّد أرقام عشوائية إلى قوانين الفيزياء لا يعني أن قوة إرادتك لديها القدرة على تحديد ما يحدث. لا توجد أي نسخة معروفة من ميكانيكا الكم تقول ذلك.
بخلاف التخلص من عقول بولتزمان، ما الذي يمكن أن يساعد به هذا الكون المتكرر إلى الأبد؟
قد تساعدنا هذه النماذج في فهم أفضل لكيفية عمل الزمن. في العالم الحقيقي، للزمن سهم يشير من الماضي إلى المستقبل. يمكنني أن أفعل أشياء اليوم تؤثر سببيًا على المستقبل، لكن لا يمكنني فعل أي شيء الآن يؤثر على الماضي. لكن في أفضل فهم لدينا لقوانين الفيزياء الأساسية، الزمن ليس له اتجاه.
نحن نعرف نوعًا ما كيف نحل هذا التوتر باستخدام مفهوم يُسمّى الإنتروبيا. الإنتروبيا هي في الحقيقة طريقة للعدّ. خذ كوبًا من القهوة. إنه مكوّن من ذرات وجزيئات، لكنني لا أرى الذرات الفردية، ولا يمكنني أن أخبرك أين توجد كل واحدة أو في أي اتجاه تتحرك.
ثم يمكنني أن أسأل: بالنظر إلى ما يمكنني ملاحظته عن كوب القهوة، كم عدد الترتيبات المختلفة للذرات التي ستبدو متطابقة؟ هذه هي الإنتروبيا. إذا كانت الكريمة تختلط بالقهوة، في البداية يكونان منفصلين. لا توجد العديد من الطرق لترتيب الذرات مع إبقاء الكريمة في مكان والقهوة في مكان آخر. هناك العديد والعديد من الطرق ليكونا مختلطين، لذا هذا هو الاتجاه الذي تسير فيه الأشياء – الإنتروبيا تزداد. وهذه النزعة لزيادة الإنتروبيا هي ما يمنح الزمن سهمه.
لكن إذا كانت الإنتروبيا تزداد دائمًا، فهذا يعني أنه في الكون المبكر، قرب الانفجار العظيم، كان الكون في حالة منخفضة جدًا جدًا من الإنتروبيا. لماذا بدأ منخفضًا جدًا؟ لا أحد يعرف. لكننا كنا نأمل أن بناء كونٍ من أساسيات ميكانيكا الكم سيقدم بعض الإشارات.
نحن نعرف نوعًا ما كيف نحل هذا التوتر باستخدام مفهوم يُسمّى الإنتروبيا. الإنتروبيا هي في الحقيقة طريقة للعدّ. خذ كوبًا من القهوة. إنه مكوّن من ذرات وجزيئات، لكنني لا أرى الذرات الفردية، ولا يمكنني أن أخبرك أين توجد كل واحدة أو في أي اتجاه تتحرك.
ثم يمكنني أن أسأل: بالنظر إلى ما يمكنني ملاحظته عن كوب القهوة، كم عدد الترتيبات المختلفة للذرات التي ستبدو متطابقة؟ هذه هي الإنتروبيا. إذا كانت الكريمة تختلط بالقهوة، في البداية يكونان منفصلين. لا توجد العديد من الطرق لترتيب الذرات مع إبقاء الكريمة في مكان والقهوة في مكان آخر. هناك العديد والعديد من الطرق ليكونا مختلطين، لذا هذا هو الاتجاه الذي تسير فيه الأشياء – الإنتروبيا تزداد. وهذه النزعة لزيادة الإنتروبيا هي ما يمنح الزمن سهمه.
لكن إذا كانت الإنتروبيا تزداد دائمًا، فهذا يعني أنه في الكون المبكر، قرب الانفجار العظيم، كان الكون في حالة منخفضة جدًا جدًا من الإنتروبيا. لماذا بدأ منخفضًا جدًا؟ لا أحد يعرف. لكننا كنا نأمل أن بناء كونٍ من أساسيات ميكانيكا الكم سيقدم بعض الإشارات.
ماذا وجدتم؟
للأسف، لم نحل مشكلة الإنتروبيا المنخفضة هنا، على الأقل في حالتنا الحالية من التطور العلمي. إذا كان هناك شيء، فهذا النموذج يجعل المشكلة أسوأ. نحن نصنع محاكيات حاسوبية صغيرة تبدأ دالة موجة الكون في حالة منخفضة جدًا جدًا من الإنتروبيا. لماذا؟ لأننا قلنا ذلك. هذا هو السبب الوحيد.
ربما سيكون هناك تفسير لاحقًا. هكذا تعمل العلوم: تصنع تحسينات صغيرة تدريجيًا.
ربما سيكون هناك تفسير لاحقًا. هكذا تعمل العلوم: تصنع تحسينات صغيرة تدريجيًا.
هل يتصرف الزمن بشكل مختلف في هذا الكون الدوري؟
في نموذجنا، بمجرد أن يتمدد الكون ويبرد، تصل إلى التوازن الحراري. النجوم تحترق، تسقط في الثقوب السوداء، تتبخر الثقوب السوداء، وتبقى بلا شيء سوى الفضاء الفارغ. الزمن ما زال موجودًا. الزمن بخير. لكن سهم الزمن لا يوجد في معظم تاريخ الكون.
لكن هذا ليس مشكلة بالنسبة لحدس أي مراقبين لأن المراقبين غير موجودين. كل ما لدينا في هذه المرحلة هو مجرد فضاء فارغ.
عندما يكون للزمن سهم، فإنه دائمًا يشير بعيدًا عن نقطة الارتداد. يشير السهم في اتجاهين متعاكسين على أحد جانبي الارتداد مقارنة بالجانب الآخر. سيكون هناك أشخاص يعيشون في ما تسميه أنت وأنا الانكماش العظيم. لكن ما نسميه نحن الانكماش العظيم، سيطلقون هم عليه الانفجار العظيم.
لكن هذا ليس مشكلة بالنسبة لحدس أي مراقبين لأن المراقبين غير موجودين. كل ما لدينا في هذه المرحلة هو مجرد فضاء فارغ.
عندما يكون للزمن سهم، فإنه دائمًا يشير بعيدًا عن نقطة الارتداد. يشير السهم في اتجاهين متعاكسين على أحد جانبي الارتداد مقارنة بالجانب الآخر. سيكون هناك أشخاص يعيشون في ما تسميه أنت وأنا الانكماش العظيم. لكن ما نسميه نحن الانكماش العظيم، سيطلقون هم عليه الانفجار العظيم.
إلى أين تأمل أن تأخذنا هذه الرؤى حول الإنتروبيا والزمن؟
في النهاية، نحن نحاول فهم الجاذبية الكمّية. أحد العوائق الكبيرة هو عدم وجود بيانات تجريبية مفصلة. على سبيل المثال، لم نعثر على الجسيمات الافتراضية للجاذبية التي تُسمّى الغرافيتونات.
حقيقة أن كوننا بدأ في حالة منخفضة جدًا من الإنتروبيا هي واحدة من أقوى وأكثر المعلومات إفادة لدينا. فقط بمحاولة فهم كيف يمكن أن تنشأ هذه الحالة في كونٍ تحكمه قواعد ميكانيكا الكم، يمكننا أن نتعلم قدرًا هائلًا عن الجاذبية، ونظرية الكم، والكوسمولوجيا، ولماذا يعمل الزمن بالطريقة التي يعمل بها.
حقيقة أن كوننا بدأ في حالة منخفضة جدًا من الإنتروبيا هي واحدة من أقوى وأكثر المعلومات إفادة لدينا. فقط بمحاولة فهم كيف يمكن أن تنشأ هذه الحالة في كونٍ تحكمه قواعد ميكانيكا الكم، يمكننا أن نتعلم قدرًا هائلًا عن الجاذبية، ونظرية الكم، والكوسمولوجيا، ولماذا يعمل الزمن بالطريقة التي يعمل بها.