ماذا حدث قبل الانفجار العظيم؟ قد تُقدّم الطريقة الحسابية إجابات.

"ماذا حدث قبل الانفجار العظيم؟" سؤالٌ لطالما حامَ على هامش العلم والفلسفة. تعامل الفيزيائيون معه لعقود على أنه سؤالٌ لا إجابة له - أو حتى بلا معنى - لأن الانفجار العظيم يُمثل تفردًا، وهي نقطةٌ ينهار فيها المكان والزمان وقوانين الفيزياء كما نعرفها. ووفقًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين، فإن إعادة عقارب الساعة الكونية إلى الوراء تؤدي إلى كثافة ودرجة حرارة لا نهائيتين، وهي حالةٌ تنهار فيها المعادلات وتفشل التنبؤات. وقد جادل ستيفن هوكينج زعمًا شهيرًا بأن السؤال عمّا حدث "قبل" الانفجار العظيم يُشبه السؤال عمّا يقع جنوب القطب الجنوبي - فقد لا يكون السؤال نفسه منطقيًا في إطار الزمكان. ومع ذلك، فإن التطورات الحديثة في الفيزياء الحاسوبية تُشكك في هذه الفكرة. تقترح دراسة جديدة نُشرت في مجلة Living Reviews in Relativity، أجراها عالم الكونيات يوجين ليم (من كلية كينغز لندن)، وكاتي كلوف (من جامعة كوين ماري بلندن)، وجوسو أوريكوتكسيا (من جامعة أكسفورد)، نهجًا جريئًا: استخدام النسبية العددية لمحاكاة ما كان يمكن أن يكون قد سبق الانفجار العظيم. لا تعتمد هذه الطريقة على حلول دقيقة لمعادلات أينشتاين - وهي مستحيلة في ظل ظروف قاسية - بل تستخدم محاكاة حاسوبية متطورة لاستكشاف سيناريوهات لم تعد الافتراضات التقليدية تنطبق فيها. إنها نقلة نوعية من التجريد النظري إلى التجارب الحاسوبية، وقد تُلقي الضوء أخيرًا على ما وراء حدود الفيزياء المعروفة.

النسبية العددية - منظور جديد للكون

النسبية العددية هي تقنية حاسوبية تحل معادلات أينشتاين للنسبية العامة في ظروف بالغة التعقيد بالنسبة للطرق التحليلية. طُوِّرت هذه النظرية في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي لنمذجة موجات الجاذبية الناتجة عن تصادم الثقوب السوداء، واكتسبت شهرةً واسعةً في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين مع نجاح مرصد ليغو في رصد تلك الموجات. والآن، يُطبِّق الباحثون هذه النظرية على أعمق ألغاز علم الكونيات، بما في ذلك أصل الكون نفسه. يكمن التحدي في الافتراضات المُدمجة في معظم النماذج الكونية. يفترض الفيزيائيون عادةً أن الكون متجانس ومتساوٍ الخواص، أي أنه يبدو متماثلاً في كل اتجاه ومن كل نقطة. هذا التبسيط يجعل المعادلات قابلةً للحل، ولكنه قد لا يعكس الظروف الفوضوية عالية الطاقة للكون المبكر. تسمح النسبية العددية للعلماء بالتخلي عن هذه الافتراضات ومحاكاة سيناريوهات أكثر واقعيةً ومتباينة الخواص. ومن خلال القيام بذلك، يمكن للباحثين اختبار نماذج بديلة للتضخم الكوني، وهو التوسع السريع الذي يُعتقد أنه حدث بعد أجزاء من الثانية من الانفجار العظيم. وبينما يُفسِّر التضخم تجانس الكون على نطاق واسع، فإن أصله لا يزال غامضاً. يمكن أن تساعد المحاكاة العددية في تحديد ما إذا كان التضخم ناتجًا عن تقلبات كمية، أو اصطدامات مع أكوان أخرى، أو حتى عملية دورية لتجدد الكون. يوضح ليم: "يمكنك البحث حول عمود الإنارة، لكنك لن تستطيع تجاوزه، حيث الظلام حالك - ببساطة لا يمكنك حل هذه المعادلات". "تتيح لك النسبية العددية استكشاف مناطق بعيدة عن عمود الإنارة".

ما وراء التفرد - الأكوان المتعددة، والارتدادات، والتصادمات

ماذا قد تكشف النسبية العددية عن كون ما قبل الانفجار العظيم؟ ثمة احتمالات عديدة مثيرة للاهتمام مطروحة. أحدها فكرة الكون الدوري - كون يمر بتمددات وتقلصات لا نهاية لها، حيث يتبع كل انفجار عظيم "انسحاق عظيم" ثم ولادة جديدة. هذا المفهوم، الذي كان يُرفض باعتباره مجرد تكهنات، قد يكتسب زخمًا إذا أظهرت عمليات المحاكاة كيف يمكن أن تنشأ هذه الدورات من ديناميكيات الجاذبية. وهناك احتمال آخر يتمثل في الكون المتعدد - وهو مجموعة شاسعة من الأكوان، لكل منها قوانينه الفيزيائية وظروفه الأولية. إذا اصطدم كوننا بآخر في الماضي البعيد، فربما يكون قد ترك بصمات خفية في الخلفية الكونية الميكروية أو توزيع المجرات. يمكن للنسبية العددية أن تساعد في نمذجة مثل هذه التصادمات والتنبؤ بالعواقب الملحوظة. هناك أيضًا مفهوم الارتداد الكمي، حيث تمنع تأثيرات الجاذبية الكمومية التفرد، بل تُسبب ارتداد الكون من حالة سابقة. تُستكشف هذه الفكرة في علم الكونيات الكمي الحلقي، ولكن المحاكاة العددية قد تُقدم صورة أكثر تفصيلًا لكيفية حدوث هذا الارتداد. هذه السيناريوهات ليست مجرد غرائب نظرية، بل تُقدم تنبؤات قابلة للاختبار. بمقارنة مخرجات المحاكاة مع الملاحظات الفلكية، يُمكن للعلماء البدء في استبعاد النماذج أو تحسينها. فلا يقتصر النهج الحسابي على التكهن فحسب، بل يحسب ويكرر ويواجه البيانات.

عصر جديد من الاستكشاف الكوني

إن آثار هذا البحث عميقة. فلأول مرة، يمتلك العلماء أداة تُمكّنهم من استكشاف ما كان يُمكن أن يكون قد حدث قبل الانفجار العظيم، ليس من خلال التخمين الفلسفي، بل من خلال محاكاة دقيقة. إنه نقلة نوعية في علم الكونيات، تمزج بين دقة الرياضيات وقوة الحوسبة الحديثة. كما يُسهم هذا النهج في سد الفجوات بين التخصصات. إنها تعتمد على النسبية العامة، ونظرية المجال الكمي، والتحليل العددي، والحوسبة عالية الأداء. إنها تدعو إلى التعاون بين المنظرين، وعلماء الفيزياء الحاسوبية، وعلماء الفلك الرصدي. وتفتح الباب أمام دمج الرؤى من نظرية الأوتار، وجاذبية الكم الحلقية، وغيرها من الأطر التي تسعى إلى توحيد قوى الطبيعة. بالطبع، لا تزال هناك تحديات. فجودة المحاكاة تعتمد فقط على مدخلاتها، والكون المبكر هو عالم من عدم اليقين الشديد. ولكن حتى النماذج غير الكاملة يمكن أن تكشف عن أنماط وقيود وإمكانيات لم تكن متاحة من قبل. ومع نمو القوة الحسابية وتحسن الخوارزميات، سيتوسع نطاق ودقة هذه المحاكاة. في النهاية، قد لا يكون لسؤال ما حدث قبل الانفجار العظيم إجابة واحدة قاطعة أبدًا. ولكن بفضل النسبية العددية، لدينا الآن طريقة لاستكشاف السؤال علميًا - لتسليط الضوء خارج عمود الإنارة وفي الظلام الكوني. إنه تذكير بأنه حتى أعمق الألغاز ليست بعيدة المنال. إنها تنتظر أن يتم حسابها