قبل از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاده؟

 به طور رایج تصور می‌شود که بیگ بنگ آغاز همه چیز بوده است: حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش، جهان قابل مشاهده متولد شد و به چیزی که امروزه شاهد آن هستیم انبساط پیدا کرد. اما قبل از بیگ بنگ چه بود؟

نمی‌دانیم. پاسخ طولانی: چیزهای زیادی می‌توانست وجود داشته باشد که هر کدام به شیوۀ خود دارای پیچیدگی‌های ذهنی خاصی است.

اولین چیزی که باید درک کنیم این است که بیگ بنگ واقعأ چه بوده است. شان کارول، فیزیکدان نظری در موسسه فناوری کالیفرنیا و نویسنده کتاب «تصویر بزرگ» منشأ حیات، معنا و خود جهان» گفت: «بیگ بنگ یک لحظه در زمان است» بنابراین، تصویر یک ذره‌ی کوچک ماده که ناگهان به خلأ منفجر می‌شود را دور بیندازید. به گفتۀ کارول، ممکن است جهان در لحظۀ بیگ بنگ به شدت کوچک بوده باشد.

قطعأ هر چیزی در جهان ِ قابل مشاهدۀ امروز – یک کره با قطر تقریبی ۹۳ میلیارد سال نوری حداقل حاوی ۲ تریلیون کهکشان است. اما چیزهای زیادی در خارج از جهان قابل مشاهده وجود دارد که زمینی‌ها قادر به مشاهدۀ آنها نیستند، زیرا از لحاظ فیزیکی برای نور امکانپذیر نیست که ظرف ۱۳٫۸ میلیارد سال خیلی دور سفر کرده باشد.

به گفته‌ کارول، از این رو، این امکان وجود دارد که جهان در لحظۀ بیگ بنگ خیلی کوچک یا خیلی بزرگ بوده باشد زیرا هیچ روشی برای مشاهدۀ چیزهایی در گذشته که حتی امروزه قادر به مشاهده‌ آنها نیستیم وجود ندارد. تنها چیزی که واقعأ می‌دانیم این است که همه چیز خیلی خیلی متراکم بوده و این تراکم به سرعت کاهش پیدا کرد.
در نتیجه، واقعأ هیچ چیزی در خارج از جهان وجود ندارد زیرا طبق تعریف، جهان همه چیز است. بنابراین، در لحظه‌ی بیگ بنگ، همه چیز متراکم‌تر و داغ‌تر از الان بود اما «بیرون» بیگ بنگ بیشتر از چیزی که امروز می‌بینیم نبود. کارول گفت که می‌توانید یک نگاه الهی اتخاذ کرده و تصور کنید که می‌توانستید در خلأ بایستید و به جهان نوزاد سرگردان درست قبل از بیگ بنگ نگاه کنید ،اما این کار غیرممکن است. جهان در فضا انبساط پیدا نکرد بلکه خودِ فضا انبساط پیدا کرد.
وی افزود: «مهم نیست شما در کجای جهان قرار دارید، اگر به ۱۴ میلیارد سال پیش بازگردید، به نقطه‌ای به شدت داغ، متراکم و با سرعت در حال انبساط خواهید رسید.» هیچکس دقیقأ نمی‌داند که تا یک ثانیه پس از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاده است، یعنی وقتی جهان به اندازه‌ای خنک شد که پروتون‌ها و نوترون‌ها با هم برخورد کرده و به هم چسبیدند. بسیاری از دانشمندان تصور می‌کنند که جهان در آن ثانیۀ اول، در فرآیند انبساط نمایی به نام تورم درگیر شده است. این کار تار و پود فضا-زمان را تشکیل داده و می‌تواند توضیح دهد که چرا ماده به این اندازه یکنواخت در جهان امروزی پراکنده شده است.

این امکان وجود دارد که قبل از بیگ بنگ، جهان در کشش بینهایتِ یک مادۀ متراکم به شدت داغ درگیر بوده باشد که در یک حالت ثابت بوده و بدین ترتیب بیگ بنگ رخ داده است. این جهان ِ به شدت متراکم با مکانیک کوانتومی (فیزیک در مقیاس به شدت کوچک) اداره می شد، سپس بیگ بنگ لحظه‌ای را نمایش داد که فیزیک کلاسیک محرک اصلی تکامل جهان بود.

از نظر استیون هاوکینگ، این لحظه تمام چیزی است که برایمان اهمیت دارد: قبل از بیگ بنگ، رویدادها غیرقابل اندازه‌گیری بودند و در نتیجه نمی‌توان آنها را تعریف کرد. هاوکینگ آن را فرضیۀ بدون مرز می‌نامند: او گفت که فضا و زمان محدود است، اما هیچ مرز یا نقاط آغاز و پایانی ندارد، همانطور که سیارۀ زمین محدود است، اما هیچ لبه‌ای ندارد. به گفته وی: «از آنجاییکه رویدادهای قبل از بیگ بنگ هیچ پیامد قابل‌مشاهده‌ای ندارند، می‌توان آنها را از نظریه خارج کرد و گفت که زمان در لحظۀ بیگ بنگ، آغاز شده است.»

یا شاید چیز دیگری قبل از بیگ بنگ وجود داشته که ارزشِ پرداختن را داشته باشد. یک ایده این است که بیک بنگ آغاز زمان نبوده، بلکه یک لحظه از تقارن بوده است. در این ایده، قبل از بیگ بنگ، یک جهان دیگر وجود داشته که شبیه این جهان بوده، اما آنتروپی بجای آینده به سمت گذشته افزایش پیدا کرده است.

به گفتۀ کارول، افزایش آنتروپی یا افزایش بی‌نظمی در یک سیستم ضرورتأ "پیکان زمان” نام دارد، بنابراین در این جهان آینه‌ای، زمان مخالف با زمان در جهان مدرن طی می‌شود و جهان ما در گذشته خواهد بود. طرفداران این نظریه همچنین بیان می‌کنند که خواص دیگر جهان در این جهان آینه‌ای منعکس شده است. برای مثال، فیزیکدان دیوید اسلوان در وبلاگ علمی دانشگاه آکسفورد نوشت: «عدم‌تقارن‌ در مولکول‌ها و یون‌ها (به نام کایرالیتی) در جهت‌های مخالفی با عدم‌تقارن‌ در جهان ما قرار دارند.»

یک نظریۀ دیگر در این زمینه بیان می‌کند که بیگ‌بنگ آغاز همه چیز نبوده است، اما فقط یک لحظه از زمان بوده که جهان از دورۀ انقباض به دورۀ انبساط تغییر پیدا کرده است. مفهوم «جهش بزرگ» بیان می‌کند که با انبساط، انقباض و مجددأ انبساط جهان، ممکن است بیگ بنگ‌های نامحدودی رخ داده باشد. مشکل این ایده‌ها این است که هیچ توضیحی برای علت یا چگونگی برخوردِ جهانِ در حال انبساط و بازگشت به حالت آنتروپی پایین وجود ندارد.

کارول و همکارش جنیفر چن دیدگاهِ پیش از ‌بیگ بنگ خاص خودشان را دارند. در سال ۲۰۰۴، فیزیکدانان بیان کردند که شاید جهان فرزند یک جهان مادر بوده باشد که کمی از فضا-زمان از آن جدا شده باشد. کارول گفت که شبیه فروپاشی یک هستۀ رادیواکتیو به نظر می‌رسد: وقتی یک هسته فروپاشی می‌شود، یک ذرۀ آلفا یا بتا را بیرون پرتاب می‎کند. جهان والد نیز می‌تواند همین کار را انجام دهد، به استثناء اینکه به جای ذرات، جهان‌های نوزاد را شاید به طور بی‌نهایت به بیرون پرتاب می‌کند. این جهان‌های نوزاد جهان‌های موازی هستند و با یکدیگر تعامل برقرار نمی‌کنند یا بر هم تأثیر نمی‌گذارند.

ممکن است تمام این گفته‌ها توهم باشند – بخاطر اینکه دانشمندان هنوز راهی برای بازگشت به نوزادِ بیگ بنگ نیز پیدا نکرده‌اند. اگرچه به گفته‌ی کارول هنوز فضا برای کاوش وجود دارد. کشف امواج گرانشی ناشی از برخوردهای کهکشانی قدرتمند در سال ۲۰۱۵ این احتمال را به وجود می‌آورد که این امواج برای حل اسرار بنیادی دربارۀ انبساط جهان‌ها در آن ثانیه‌ اول قابل استفاده باشند. فیزیکدانان نظری نیز سعی کردند پیش‌بینی‌های دقیق‌تری دربارۀ عملکرد نیروهای کوانتومی مثل گرانش کوانتومی انجام دهند. کارول گفت: «ما حتی نمی‌دانیم به دنبال چه چیزی می‌گردیم، مگر اینکه یک نظریه داشته باشیم.»