تبعاً لنموذج الانفجار الهائل في علم الكون، فإن كل العالم قد انبثق بعنف من انفجار عالمي مفرد منذ حوالى 15 مليار سنة مضت. . واليوم، وكما تم اكتشافه في الأصل بواسطة هابل، فإننا يمكن أن نرى "شظايا" هذا الانفجار على شكل المليارات الكثيرة من المجرات التي ما زالت تتباعد إلى الخارج. فالكون في تمدد. ولا نعلم هل سيستمر هذا التمدد إلى الأبد أم سيأتي وقت يتباطأ عنده ثم يتوقف التمدد لينعكس اتجاهه بعد ذلك مؤدياً إلى انهيار كوني إلى الداخل. ويحاول الفلكيون وفيزيائيو الفلك الإجابة عن هذا السؤال تجريبياً، حيث أن تلك الإجابة تكمن في شيء يمكن قياسه متوسط كثافة المادة في الكون.

فإذا تجاوز متوسط كثافة المادة ما يعرف بالكثافة الحرجة (Critical Density) التي تبلغ حوالى جزء من مائة من جزء من المليار من جزء من المليار من جزء من المليار (^29-10) جرام لكل متر مكعب من الكون - فإن قوى جاذبية كبيرة بما يكفي ستجتاح الكون لتوقف ثم تعكس اتجاه التمدد أما إذا كان متوسط كثافة المادة أقل من القيمة الحرجة، فإن شد الجاذبية سيكون من الضعف بحيث لا يستطيع إيقاف التمدد الذي سيستمر للأبد. (وقد تظن بناء على ملاحظاتك الشخصية للكون، أن متوسط كثافة كتلة الكون تتعدى بكثير القيمة الحرجة. لكن إذا أخذت في الاعتبار أن المادة - مثل النقود - تميل إلى التجمع، وإذا استخدمنا متوسط كثافة كتلة الأرض، أو النظام الشمسي أو حتى مجرة درب اللبانة كمؤشر على كثافة العالم ككل، فإن ذلك سيكون بمثابة اتخاذ ثروة بيل غيتس كمؤشر لمتوسط ثروة سكان الأرض. وكما أن هناك الكثير من الناس الذين تتضاءل ثروتهم مقارنة بثروة بيل غيتس، وبالتالي تقلل بشدة من قيمة المتوسط، فإن هناك الكثير من الفضاء الفارغ بين المجرات، الأمر الذي يقلل بشكل درامي من المتوسط العام لكثافة المادة).

وبالدراسة الدقيقة لتوزيع المجرات في الفضاء يمكن للفلكيين أن يحصروا بشكل جيد كمية المادة المرئية في الكون. وقد اتضح أن قيمتها أقل من القيمة الحرجة بشكل ملحوظ. غير أن هناك دليلاً نظرياً وتجريبياً قوياً على أن الكون يعج بمادة مظلمة. وهذه هي المادة التي لا تساهم في عمليات الاندماج النووي التي تمد النجوم بالطاقة، وعليه فهي لا تصدر ضوءاً؛ ولذلك فهي لا ترى بالتلسكوبات الفلكية ولم يتمكن أحد من معرفة كنه المادة المظلمة، ولا نقول كميتها الموجودة بالضبط. وبذلك فإن قدر الكون المتمدد حالياً ما زال غير واضح.

ولنفرض جدلاً أن كثافة كتلة الكون تتعدى القيمة الحرجة، وأنه يوماً ما في المستقبل البعيد سيتوقف التمدد وسيبدأ الكون في الانهيار على نفسه إلى الداخل، وستبدأ كل المجرات في الاقتراب بعضها من البعض ببطء، وبمرور الوقت ستزداد سرعات اقترابها إلى أن تندفع جميعاً في سرعة مخيفة. ونحتاج إلى أن نتخيل أن كل الكون سيتقلص إلى كتلة كونية منكمشة للغاية. وكما ذكرنا في الفصل الثالث سينكمش الكون من حجم أقصى يبلغ مليارات السنوات الضوئية إلى أن يبلغ ملايين السنوات الضوئية مكتسباً سرعة متزايدة في كل لحظة مثل كل الأشياء عندما تنسحق معاً إلى أن تصل إلى حجم مجرة واحدة، ثم تصل إلى حجم نجم واحد، ثم إلى حجم كوكب، ثم إلى حجم ،برتقالة ثم إلى حجم حبة بازلاء، ثم حجم حبة رمل، ووفقاً للنسبية العامة ستصل إلى حجم جزيء واحد، ثم حجم ذرة واحدة، ثم أخيراً تصل إلى مضغة كونية صلبة لتصل إلى "لاحجم". وتبعاً للنظرية المتفق عليها فإن الكون قد بدأ انفجاره من . حالة حجم مساو للصفر، وإذا كانت كتلته كبيرة بما فيه الكفاية، فإنه سينتهي بأن ينسحق إلى حالة مماثلة من الانضغاط الكوني النهائي.

غير أنه عندما تصل المسافات المعينة إلى ما يقرب من طول بلانك أو أقل، فإن ميكانيكا الكم تبطل فعل معادلات النسبية العامة كما نعرف كلنا الآن. ولا بد بدلاً من ذلك من الاستفادة من نظرية الأوتار. وهكذا وبينما تسمح النسبية العامة لآينشتاين بالشكل الهندسي للكون أن يتضاءل اختيارياً – بنفس الطريقة بالضبط التي تسمح بها رياضيات هندسة ريمان لشكل مجرد ليتخذ حجماً يصل إلى أصغر ما يمكن تخيله - فإن الأمر يقودنا لنتساءل عن الكيفية التي تعدل بها نظرية الأوتار هذه الصورة. وكما سنرى الآن، فإن هناك دليلاً على أن نظرية الأوتار تضع أدنى، مرة أخرى، لمقياس المسافات المتاحة فيزيائياً، وتزعم بصورة جديدة تماماً أن الكون لا يمكن أن ينضغط إلى حجم أصغر من طول بلانك في أي بعد من أبعاده الفضائية.

وبناء على الألفة التي بينك وبين نظرية الأوتار، فقد يغريك ذلك بالمخاطرة بأحد التنبؤات عن كيفية حدوث ذلك. وقد تجادل بعد كل ذلك بأنه لا يهم كم عدد النقاط التي تتكوم بعضها فوق البعض - الجسيمات النقاط - فإن حجمها الشامل ما زال صفراً. وعلى النقيض، لو كانت هذه الجسيمات أوتاراً بالفعل وانهارت معاً بشكل عشوائي تماماً، فسيكون لها حجم رقعة مختلف عن الصفر، وتقريباً مثل كرة من خيوط مطاطية رفيعة لها حجم بلانك. وإذا فكرت بهذا الشكل فستكون على الطريق الصحيح لكنك قد تفتقد سمات هامة ودقيقة عن كون نظرية الأوتار يمكن توظيفها بشكل رائع لتقترح حجماً أدنى للكون. وتؤكد هذه السمات بكل ثقة على صحة فيزياء الأوتار الجديدة التي دخلت الساحة، وعلى تأثيرها في هندسة الزمكان.

 وحتى نفسر هذه الأمور الهامة، فلنستخدم مثالاً يستبعد التفاصيل العرضية من من دون المساس بالفيزياء الجديدة وبدلاً من التعامل مع كل الأبعاد العشرة للزمكان في نظرية الأوتار - أو حتى الأبعاد الأربعة الممتدة للزمكان التي نألفها - لترجع مرة أخرى إلى لعالم خرطوم المياه. وقد أدخلنا هذا العالم ثنائي الأبعاد الفضائية في الأصل في الفصل الثامن ضمن إطار سابق لنظرية الأوتار لتفسير بعض وجهات نظر كالوزا وكلاين في عشرينيات القرن العشرين. ولنستخدم ذلك كملعب كوني لتدريس خواص نظرية الأوتار بشكل مبسط، وسنستخدم حالاً الآراء التي اكتسبناها لنحسن من فهمنا لكل ما تتطلبه نظرية الأوتار من أبعاد فضائية. وفي هذا الاتجاه فإننا نتخيل البعد الدائري لعالم خرطوم المياه الذي يبدأ رائعاً وممتلئاً ثم ينكمش إلى أحجام أصغر فأصغر مقترباً من الأرض الخطية - الصورة الجزئية المبسطة للانهيار الهائل (Big Crunch) .

 والسؤال الذي نبحث عن إجابة عنه هو ما إذا كانت الخواص الهندسية والفيزيائية لهذا الانهيار العالمي لها سمات تختلف بجلاء بين عالم مؤسس على الأوتار وآخر مؤسس على الجسيمات النقاط.

مواضيع ذات صلة

السمة الأساسية الجديدة (الحركة الملفوفة للأوتار: اختلاف نوعي عن الجسيمات النقطية)

تناظر نصف القطر في نظرية الأوتار: الجدل بين جورج وغريس( الجدل)

قلب هندسة ريمان

(طيف حالات الأوتار ) كيف تكشف طاقات الدوران والاهتزاز عن تماثلات خفية في نظرية الأوتار ؟

تماثل نصف القطر والفضاءات المتداخلة: جدلية R و1/R ( ثلاثة أسئلة)

فيزياء الأوتار الملتوية

الهندسة الكمية

التثمين والتحديات: مستقبل نظرية الأوتار في فيزياء الكون

نظرية الأوتار والتحدي الكبير: اختيار الفراغ المناسب ( الاحتمالات الكلية)

ثقوب كالابي-ياو: مفتاح العائلات الثلاث للجسيمات في نظرية الأوتار( الطريق إلى التجربة )

نظرية الأوتار: تنبؤات عظيمة في انتظار الدليل التجريبي(الأدلة الواضحة بصمات التجارب)

إطلاق النار أمكنة مختلفة