|
در اين سخنراني ميخواهم درباره اينکه آيا زمان خود
آغازي داشته است و يا آيا پاياني خواهد داشت بحث کنم. ظاهرا تمام
مدارک وشواهد دلالت دارند بر اين که جهان هميشه وجود نداشته است،
واما يک شروعي در حدود ۱۵ ميليارد سال گذشته داشته که احتمالا جالب
توجه ترين کشف کيهان شناسي مدرن بوده که تا بحال مورد قدرداني
قرارنگرفته است.
آغاز زمان [1]
پرفسور استيفن هاوکينگ - ترجمه: زهره شيشه
در اين سخنراني ميخواهم درباره اينکه آيا زمان خود آغازي داشته است
و يا آيا پاياني خواهد داشت بحث کنم. ظاهرا تمام مدارک وشواهد
دلالت دارند بر اين که جهان هميشه وجود نداشته است، واما يک شروعي
در حدود ۱۵ ميليارد سال گذشته داشته که احتمالا جالب توجه ترين کشف
کيهان شناسي مدرن بوده که تا بحال مورد قدرداني قرارنگرفته است. ما
هنوز مطمئن نيستيم که آيا جهان انتهائي داشته باشد. زماني که من در
ژاپن سخنراني ميکردم، از من خواسته شد تا به دوباره درهم فروريختن
احتمالي جهان اشاره اي نکنم چرا که اين ممکن بود بر بازار سهام اثر
گذارد. به هر حال ميتوانم به کساني که در مورد سرمايه گذاري شان
نگران هستند، مجددا اطمينان دهم که کمي براي فروش زود است : حتي
اگر جهان به پايان برسد، اين قبل از حداقل ۲۰ ميليارد سال ديگر
نخواهد بود. تا آن زمان ممکن است معاهده تجاري گت (معاهده تعرفه و
تجارت عمومي) [۱] به مرحله اجرا در آمده باشد.
مقياس زماني جهان در مقايسه با مقياس زماني حيات انسان بسيار
طولاني است. بهمين رو نبايد تعجب کرد که تا همين اواخر، تصور ميشد
که جهان ضرورتا ايستا [۲] و در طول زمان بلا تغيير بوده است. ازسوي
ديگر، واضح است که جامعه به لحاظ فرهنگي و تکنولوژي تکامل يافته
است. بدين معني که فاز کنوني تاريخ بشر نميتوانسته بيشتر از چند
هزار سال طول کشيده باشد. درغيراينصورت ما بسيار پيشرفته تر از اين
بوديم که هستيم. بهمين روي طبيعي است فکر کنيم که نسل بشرو شايد
تمام جهان، يک آغازي در گذشته نه زياد دور داشته باشد. اما بسياري
از مردم از اين که جهان شروعي داشته است ناخرسند بودند زيرا که اين
ايده بنظر ميرسيد که اشاره به موجود ماورالطبيعه اي که جهان را
آفريده است داشته باشد. آنها ترجيح ميدادند تا به ابدي بودن جهان
وهمچنين نسل بشراعتقاد داشته باشند. توضيح آنها درباره ( اندازه)
پيشرفت انسان اين بود که سيل، طوفان و بلاياي طبيعي متوالي باعث
شده اند که نژاد انسان مکررا به وضعيت ابتدائي ( انسانهاي اوليه)
بازگردانده شود.
اين بحث که آيا جهان شروعي داشته يا نه تا قرن نوزدهم و بيستم بقوت
خود باقي بود که عمدتا با توجه به مدارک ناچيزي برپايه هاي الهيات
و فلسفه هدايت ميشد که تا همين اواخر، با الگوي آشکارا نامعتبر
مشاهدات کيهان شناسي ممکن بود منطقي باشد. کيهان شناس، سر آرتور
ادينگتون [۳]، زماني گفت : " اگر تئوري شما با مشاهدات مطابقت
نميکند نگران نباشيد، چرا که احتمالا آنها غلط اند. " ولي اگر
تئوري شما با اصل دوم ترموديناميک سازگار نبود، در گرفتاري بدي
افتاده است. اصل دوم (ترموديناميک) ميگويد که بي نظمي هميشه در طول
زمان افزايش مي يابد. همانند بحث در مورد پيشرفت انسان، اين بدين
معني است که بايد آغازي وجود داشته باشد. وگرنه جهان تا به الآن در
وضعيت کاملا نا منظم قرار مي گرفت و همه چيز در دماي يکساني قرار
داشت. در جهاني ابدي و بينهايت، تمام خطوط ديد ما بايد به سطح يک
ستاره ختم شود. يعني که آسمان شب هنگام بايستي همانند سطح خورشيد
نوراني باشد. تنها راه اجتناب از اين مشکل به دلائلي ميتواند اين
باشد که ستارگان تا قبل از زمان مشخصي نمي درخشيدند ( به عبارتي
وجود نداشتند).
در جهانيکه اساسا ايستا باشد، هيچ دليل پويايي نميتواند توضيح دهد
که چرا گاهي ستارگان يکباره روشن ميشوند (زاده ميشوند). لابد
درهر"زمان روشن کردن" آنها، دخالتي از خارج جهان صورت گرفته است.
بهرحال، اگر در نظر گرفته شود که جهان ايستا نبوده و در حال گسترش
است، وضعيت تفاوت خواهد کرد. کهکشانها دائما از همديگر دور ميشوند.
يعني که در گذشته به هم نزديکتر بوده اند. اگرنمودار از هم دور شدن
کهکشانها را رسم کنيم، خواهيم ديد که اگر شتابي بر اثر جاذبه در
کار نباشد، آنگاه نمودار آن يک خط راست ميشود که تا به نقطه صفر
اندازه دور شدن به پايين امتداد پيدا ميکند يعني به ۲۰ ميليارد سال
گذشته. ميتوان انتظار داشت که جاذبه باعث شود تا کهکشانها به طرف
يکديگرشتاب بگيرند . بدين معني که نمودار دور شدن کهکشانها به طرف
پايين، زير خط راست، خميدگي پيدا کند. بنابر اين زمان صفر دور شدن
(کهکشانها) به کمتر از ۲۰ ميليارد سال پيش خواهد رسيد.
در اين زمان، يعني انفجار بزرگ [۴]، تمام ماده
موجود در جهان برروي هم قرارداشته که در آن چگالي بينهايت است چيزي
که آن را نقطه انفصال [۵] مينامند. درنقطه انفصال تمامي قوانين
فيزيک از کارمي افتند. بدين معني که بعد از انفجار بزرگ وضعيت جهان
به هيچ يک از وقايع پيش از آن مربوط نخواهد بود زيرا که قوانين
قطعي حاکم بر جهان در انفجار بزرگ شکسته خواهند شد. جهان از انفجار
بزرگ کاملا مستقل ازچيزي که قبلا بود تکامل يافته است. حتي اندازه
ماده موجود در جهان ميتواند متفاوت از آن چه که پيش از آن بود باشد
چون قانون بقا ماده [۶] در انفجار بزرگ از کار خواهد افتاد.
ازآنجايي که وقايع قبل از انفجار بزرگ هيچ نتايج تجربي ندارند،
ميتوان آنهارا از تئوري حذف کرده و بگوييم که زمان از انفجار بزرگ
آغاز شده است. حوادث ما قبل انفجار بزرگ حقيقتا تعريف نشده اند
زيرا که راهي وجود ندارد تا آن چه را که در آنها روي داده را
اندازه گيري کنيم. اين نوع آغاز جهان و (آغاز) خود زمان بسيار
متفاوت است با نقطه شروع هائي که قبلا در نظر گرفته ميشد که توسط
عوامل خارجي بر جهان اعمال ميشدند. هيچ دليل پويايي وجود ندارد که
توضيح دهد که چرا حرکت اجرام در منظومه شمسي را نتوان به زماني ما
قبل چهار هزار و چهار سال پيش از ميلاد مسيح تخمين زد، يعني بسيار
جلوتر اززماني که کتاب آفرينش ( کتاب اول تورات) آنرا مبدا جهان
قرار داده است. در نتيجه اگر جهان در آن زمان آفريده شده باشد،
دخالت مستقيم خدا ضروري بوده است. بر عکس، انفجار بزرگ آغازي است
که لازمه قوانين پوياي حاکم بر جهان ميباشد. از اين رو در درون
جهان بوده و از خارج آن اعمال نميگردد.
هر چند که بنظر ميرسد که قوانين فيزيک پيش بيني ميکنند که جهان
آغازي داشته است، ولي بنظر نمي رسد آنها بتوانند تعيين کنند که
جهان بايد چگونه آغاز ميگشت. بديهي است که اين اصلا رضايتبخش نيست.
ازاينرو تلاشهاي متعددي صورت گرفته تا به اين نتيجه برسيم که نقطه
انفصالي در گذشته با چگالي بينهايت وجود داشته است. يک پيشنهاد اين
بود که قانون چاذبه به دافعه تغييريابد. اين ميتوانست به آنجا
بيانجامد که در هرزمان متناهي در گذشته منحني دور شدن دو کهکشان به
منحني اي تبديل شود که به صفرنزديک شده ولي عملا از آن نميگذرد.
مقصود ايده اين بود که همانطور که کهکشانها از هم دور مي شدند،
کهکشانهاي جديدي در فواصل بين آنها از ماده اي که فرض ميشد که
دائما ايجاد ميشود شکل ميگرفتند. اين همان تئوري حالت پايدار [۷]
بود که توسط بوندي، گلد و هويل [۸] پيشنهاد شد.
تئوري حالت پايدارهمان است که کارل پوپر[۹] آن رايک تئوري علمي
[۱۰] خوب ميناميد بدين تعبير که پيش بيني هاي معين ومعلومي ارائه
داده که ميتوانند با تجربه آزموده شده و احتمالا رد شوند. دريغا که
پيش بيني هاي اين تئوري رد شدند. اولين مشکل در مشاهدات کمبريج در
عدد منابع راديوئي با قدرت هاي متفاوت بوجود آمد. انتظار ميرود که
بطورميانگين منابع (راديوئي) کم نورتر از فواصل دورتري دريافت شوند
از اينرو باز انتظار ميرود که تعداد اين منابع از تعداد منابع
راديوئي نوراني تر که نزديکتر به زمين هستند بيشتر باشد. مع الوصف،
منحني تعداد منابع راديوئي (بروي محور عمودي) و توان نوري آنها (بروي
محور افقي) در جائي که منابع کم نورتر هستند بسيار سريعتر از آن که
تئوري وضعيت ثابت پيش بيني کرده بود بالا ميرود.
تلاشهائي جهت توضيح و برطرف کردن نمودار شمارش تعداد انجام گرفت که
ادعا ميکرد بعضي از منابع راديوئي کم نوردر کهکشان ما (راه شيري)
قرار داشته واز اينرو از ديگر نقاط کيهان اطلاعاتي بدست نمي دهند.
اين بحث عملا در مقابل مشاهدات بعدي توان مقاومت نياورد. واما ميخ
آخر به تابوت تئوري حالت پايداربا کشف پرتو موج کوتاه زمينه [۱۱]
در سال ۱۹۶۵ کوبيده شد. اين پرتو در تمامي جهات يکسان است که داراي
طيف نوري با حرارت متعادل (موازنه)[۱۲] ميباشد که دماي آن معادل
۲.۷ (دو مميز هفت درجه کلوين) درجه بالاي دماي صفر مطلق [۱۳]
ميباشد. به نظر نمي آيد راهي براي توضيح اين اشعه در تئوري حالت
پايداروجود داشته باشد.
تلاش ديگري که براي اجتناب ازپذيرش آغاز زمان انجام گرفت پيشنهادي
بود مبني بر اينکه تمام کهکشانها در گذشته، در يک نقطه واحد بهم
نميرسيدند ( به عبارت بهتردر يک نقطه از هم جدا نشده اند). هر چند
که که بطور ميانگين کهکشانها با سرعت ثابت ازهم دور ميشوند اما
آنها همچنين سرعت هاي اضافي کوچکي هم نسبت به گسترش يکنواخت دارند.
اين سرعتها را که "سرعتهاي ويژه " (غيرمعمول)[۱۴] ناميده ميشوند،
ممکن است بطور جانبي هم سو با گسترش اصلي باشند. اين چنين استدلال
مي شود که اگرنمودار موقعيت کهکشانها را در گذشته رسم کنيم سرعتهاي
اضافي جانبي اين طور معني ميدهند که همه کهکشانها به هم نميرسند.
در عوض، ممکن است که يک فاز انقباضي [۱۵] پيشين جهان وجود داشته
باشد که در آن کهکشانها به طرف همديگر حرکت ميکردند. اين سرعت هاي
جانبي ميتوانند به اين معنا باشند که کهکشانها بهم اصابت نکرده اند
ولي همديگر را بعقب رانده و بعد از هم دور شدند. هيچ نقطه انفصالي
با چگالي بينهايت وجود نداشته و يا هيچ يک از قوانين فيزيکي از کار
نيافتاده اند. در نتيجه هيچ نيازي نبوده که جهان و خود زمان داراي
آغازي باشند. در حقيقت، آن که فرض ميکند که جهان در نوسان بوده
هنوز نميتواند اين مشکل را با قانون دوم ترموديناميک حل کند که
ميگويد: چنين انتظارميرود که جهان در طول زمان با هر نوساني نامنظم
تر شود. ازاينروتصور اين که چگونه جهان بتواند در زمان بينهايت
نوسان کند دشوار است.
اين احتمال که کهکشانها بهم نميرسيدند از طرف مقاله دو روس (به
نامهاي اِوگني ليف شيتز و اسحاق خالاتنيکف در سال ۱۹۶۳) حمايت ميشد.
آنها ادعا ميکردند که هيچ نقطه انفصالي در يک جواب ازميدان معادلات
نسبيت عام ( تئوري نسبيت عام آلبرت انشتين)، که کاملا کلي بوده
بدين معنا که هيچ قرينه دقيقي ندارد، وجود نداشته است. بهر حال
ادعاي آنها توسط چند برهان ارائه شده ازطرف من و راجر پنروس [۱۶]
غلط از آب در آمد. اين برهانها نشان دادند که نسبيت عام نقطه
انفصال را در هر زمان که در نقطه اي بيش از مقدار معيني ماده وجود
داشته باشد پيش بيني کرده است. برهانهاي اول براي اين طراحي شده
بود که نشان دهد زمان در درون سياهچال [۱۷] که از انهدام يک ستاره
پديد ميآيد به پايان ميرسد. از اين رو گسترش جهان مانند معکوس زمان
انهدام يک ستاره است. بهمين جهت من ميخواستم به شما نشان دهم که
ادله تجربي دلالت بر اين دارد که جهان حاوي مقدار کافي ماده است که
همانند معکوس زماني يک سياهچال ميباشد و بنابر اين (جهان) داراي
نقطه انفصال است.
براي بحث درمورد مشاهدات در کيهان شناسي، رسم
نمودار رويدادها در فضا- زمان مفيد خواهد بود بشکلي که زمان محور
عمودي و جهت آن بطرف بالاو جهت فضا افقي باشد. براي نشان دادن اين
نمودار آن چنان که بايد و شايد، من نياز به پرده نمايش چهار بعدي
دارم. ولي بدليل صرفه جوئي هاي دولت، ما فقط توانستيم که يک پرده
دو بعدي تهيه کنيم. از اينرو من قادر خواهم بود تا فقط يکي از جهات
فضا را نشان دهم. (بايد توضيح دهم که هيچ نموداري به متن اصلي اين
سخنراني ضميمه نشده است.)
همينطور که ما به جهان نگاه ميکنيم، ما به گذشته نظر مي اندازيم
زيرا نور بايد در زمانهاي بسيار دور از اجسام دور دست جدا شده باشد
تا درزمان حاضر به ما برسد. اين بدين معنا است که رويدادهائي که ما
مشاهده مي کنيم بر روي چيزي که به مخروط نور گذشته [۱۸] ما ناميده
ميشود قرار دارند. نوک و يا سر مخروط موقعيت ما درزمان حاضر ميباشد.
اگر در درون دياگرام به زمان گذشته حرکت کنيم ، مخروط نوري به
فاصله بيشتري گسترش مي يابد و مساحتش افزون ميگردد. مع الوصف، اگر
در مخروط نور گذشته ما بقدر کافي ماده وجود داشته باشد، اشعه هاي
نور بطرف همديگر خميده ميشوند. اين بدان معني است که اگر به گذشته
برگرديم، مساحت مخروط نوري ما به ماکزيمم رسيده و بعد شروع به کاهش
يافتن مينمايد. اين تمرکز( همگرائي در درون) مخروط نوري گذشته ما ،
توسط تاثير جاذبه اي ماده موجود در جهان، علامت آن است که جهان در
درون افق خود قرار دارد همانند معکوس زمان يک سياهچال. اگرکسي
بتواند نشان دهد که مقدار کافي ماده در جهان موجود است تا اين
تمرکز بتواند در درون مخروط نورگذشته ما ايجاد گردد، آنگاه ميتوان
قضاياي نقطه انفصال را بکار بسته تا نشان داد که زمان بايستي يک
آغازي داشته باشد.
ما چگونه بطريق مشاهداتي و تجربي ميتوانيم بگوييم که آيا ماده کافي
در مخروط نوري ما وجود دارد تا اين تمرکز حاصل شود؟ ما تعدادي از
کهکشانها را مشاهده ميکنيم، ولي نمي توانيم مستقيما اندازه ماده اي
را که آنها دارا ميباشند را اندازه بگيريم. و نه ميتوانيم مطمئن
باشيم که هر خط ديد ما از يک کهکشان ميگذرد. بنابر اين، من براي
نشان دادن اينکه جهان بقدر کافي ماده دارد بحث متفاوتي را پيش
ميکشم تا بروي مخروط نوري گذشته مان تمرکز ايجاد کنيم. اين بحث بر
طيف پرتو ميکرو موجي زمينه استوار است. خاصيت اين پرتو آن است که
بوسيله ماده اي با حرارت يکسان در وضعيت تعادل حرارتي قرار ميگيرد.
براي دستيابي به اين تعادل، ضروري است که پرتو از طريق ماده بدفعات
بسيارزياد ارتعاش يابد. بطور مثال، نوري که ما از طرف خورشيد
دريافت ميکنيم، خاصيتا داراي طيف گرمائي ميباشد. اين بدليل فعل و
انفعالات اتمي درون خورشيد نيست که پرتوئي با طيف گرمائي توليد
ميشود، بلکه به دليل آن است که توسط ماده درون خورشيد به سمت مرکز
بدفعات بسيار زياد پخش ميشود.
در رابطه با جهان، اين که ميکروموج زمينه داراي يک چنين طيف گرمائي
است بدين معني است که بايد بدفعات بسيار زياد پخش شده باشد. از
اينرو جهان بايد داراي ماده کافي که بتواند تمامي جهات را غير شفاف
[۱۹] کند باشد زيرا که ميکرو موج زمينه در تمام جهاتي که ما
مينگريم يکسان است. بعلاوه اين عدم شفافيت بايد در جائي که بسيار
بسيار از ما دور است اتفاق افتاده باشد چرا که ما ميتوانيم
کهکشانها و کوازارها [۲۰] ( اجسام شبه ستاره اي که منابع قدرتمندي
براي ارسال امواج راديوئي و يا ديگر اشکال انرژي ميباشند که بسياري
از آنها بطرف قرمز طيف نور جابجا ميشوند که نشان ميدهد آنها چندين
هزار ميليون سال نوري با ما فاصله دارند) را از مسافت بسيار دور
ببينيم. بنابر اين، بايد مقدار زيادي ماده در دوردستها وجود داشته
باشد. بزرگترين تيرگي در نوارگسترده موجي براي يک چگالي معين مربوط
به هيدروژن يونيزه است (خط تيره بجا مانده در نوار موجي بدين معني
است که نور در مسير خود ازميان عنصرمشخصي عبور کرده است. در اينجا
بدين معني است که نور در مسير خود از مقادير متنابهي هيدروژن عبور
نموده است). و در نتيجه اينکه اگر ماده کافي براي غير شفاف کردن
جهان وجود داشته باشد، پس ماده کافي براي تمرکز بروي مخروط گذشته
هم موجود خواهد بود. آنگاه ميشود که برهان پن روز و من را بکار
گرفت تا نشان داد زمان بايستي که آغازي داشته باشد.
تمرکز درمخروط گذشته ما دلالت بر اين دارد که زمان بايد داراي نقطه
شروعي باشد، در صورتي که تئوري نسبيت عام صحيح باشد. اما آيا
ميتوان پرسيد که نسبيت عام صحيح است. اين تئوري بطور مشخص با تمام
آزمايشات مشاهداتي که تا بحال به عمل درآمده مطابقت داشته است. اما
مع الوصف اين آزمايشات اين تئوري را فقط درمورد فواصل بسيار زياد
آزموده اند. ما ميدانيم که نسبيت عام در فواصل بسيار کوچک کاملا
صحيح نيست، زيرا که يک تئوري کلاسيک ميباشد. بدين معني که اصل عدم
قطعيت مکانيک کوانتوم [۲۱] را در برنميگيرد. اين اصل ميگويد که (در
يک لحظه ) نميتوان هم مکان يک ذره و هم سرعت آنرا بدقت اندازه گرفت
: هرچه بيشتر مکان رابا دقت اندازه بگيريم، در مورد سرعت با بي
دقتي مواجه خواهيم شد و برعکس. بنابر اين، براي درک مرحله اي با
چگالي بسياربالا، نياز به تئوري کوانتومي جاذبه [۲۲] داريم که
نسبيت عام را با اصل عدم قطعيت [۲۳] در هم بياميزد.
بسياري اميدوار بودند که تاثيرات کوانتوم بنوعي مشکل نقطه انفصال
چگالي بينهايت را از بين برده و اجازه دهند تا جهان به عقب بسوي
فاز پيشين انقباضي بازگردد. اين بيشتر شبيه ايده قبلي به هم برخورد
نکردن کهکشانها است، اما جهش به عقب در چگالي بسيار بزرگتري رخ
داده است. از اينرو من فکر نميکنم که چنين چيزي اتفاق افتاده باشد،
يعني که تاثيرات کوانتوم نقطه انفصال را از ميان نميبرد و اجازه
نميدهد که زمان تا بينهايت به عقب برگردد. اما بنظر ميرسد که
تاثيرات کوانتوم ميتواند اغلب موارد اعتراض بر انگيز نقاط انفصال
در نسبيت عام کلاسيک را از ميان بردارد. پس تئوري کلاسيک کسي را
کمک نميکند تا بتواند محاسبه کند که چه چيزي از نقطه انفصال بيرون
مي آيد زيرا که تمام قوانين فيزيک در آن نقطه شکسته ميشوند. که اين
ميتواند اينگونه معني شود که علم نتوانسته پيش بيني کند که جهان
چگونه آغاز گرديده، پس به جاي آن بايد به عاملي وراي جهان توسل جست.
شايد بهمين دليل است که بسياري از رهبران مذهبي حاضر شده اند تا
انفجار بزرگ و فرضيه نقطه انفصال را بپذيرند.
بنظر ميرسد که تئوري کوانتوم ازديد ديگري ميتواند پيش بيني کند که
جهان چگونه آغاز شده است. تئوري کوانتوم ايده جديدي را معرفي ميکند:
زمان مجازي [۲۴]. زمان مجازي و يا فرضي ممکن است شبيه علم تخيلي
[۲۵] بنظر برسد. ولي بهر حال يک مفهوم علمي واقعي است. ميتوان آن
را اينگونه ترسيم کرد به شکلي که زمان معمولي، همان زمان واقعي، را
به عنوان خط افقي فرض کنيم. در طرف چپ گذشته و در طرف راست آينده
قرار دارد. اما نوع ديگري از زمان در جهت عمودي قرار دارد که به آن
زمان مجازي ميگوييم چرا که از نوعي نيست که ما بطور طبيعي تجربه
کرده ايم . زمان واقعي از اين منظر واقعي است که ما آن را واقعي
ميناميم.
سه جهت در فضا بعلاوه يک جهت زمان مجازي که فضا –
زمان اقليدسي ناميده ميشود را بوجود مي آورد. فکرنميکنم که کسي
بتواند يک منحني فضائي چهار بعدي را تصوير کند. اما تجسم يک سطح دو
بعدي مثل يک زين اسب يا سطح يک توپ فوتبال خيلي سخت نخواهد بود.
من وجيمز هارتل از دانشگاه کاليفرنيا، سنتا باربارا، پيشنهاد داديم
که فضا و زمان مجازي هر دو در حقيقت در امتداد متناهي اند ولي حد
ومرزي ندارند. اين شبيه سطح کره زمين است ولي با دو بعد بيشتر. سطح
کره زمين در امتدادش محدود است ولي هيچ مرزو لبه اي ندارد چرا که
من تمام دنيا (کره زمين) را گشته ام ولي هرگز از روي آن نيافتاده
ام.
اگر واقعا فضا و زمان مجازي مثل سطح زمين باشد، هيچ نقطه انفصالي
در جهت زمان مجازي وجود نداشته که باعث شود در آنجا قوانين فيزيک
از کار بيافتند. و مرزي هم براي زمان مجازي و فضا- زمان وجود
نداشته، دقيقا همانطور که براي سطح کره زمين چنين حد و مرزي وجود
ندارد. فقدان حد و مرز بدين معني است که قوانين فيزيک وضعيت جهان
را در زمان مجازي بطور منحصر بفردي تعيين کرده است. ليکن اگرکسي
حالت و وضعيت جهان را در زمان مجازي بداند، ميتواند وضعيت جهان را
در زمان واقعي حساب کند. هنوز انتظارميرود که نوعي ازنقطه انفصال ِ
انفجار بزرگ در زمان واقعي وجود داشته باشد. بنابر اين، زمان واقعي
هنوز آغازي دارد. اما کسي مجبور نيست تا از چيزي خارج از جهان
درخواست کند تا چگونگي آغازآن را تعيين نمايد. به جاي آن، اين که
چگونه جهان از انفجار بزرگ شروع شده است از طريق وضعيت جهان در
زمان مجازي تعيين مي گردد. در نتيجه، جهان يک سيستم کاملا مستقل و
خود کفا [۲۶] بوده و همانطور که ما مشاهده ميکنيم، توسط هيچ چيزي
که وراي آن باشد معين نشده است.
شرط بدون مرز[۲۷]، بياني است که قوانين فيزيکي همه جا آن را حفظ
کرده اند. روشن است که ما دوست داريم به آن يقين داشته باشيم، ولي
آن يک فرضيه است. از طريق مقايسه وضعيت پيش بيني شده در مورد جهان
با مشاهدات از وضعيت آن به شکلي که در واقعيت وجود دارد،ميتوان اين
بيان را آزمود. اگر مشاهدات با پيش بيني هاي فرضيه بي مرزي مطابقت
نکند، ما ناچاريم که نتيجه بگيريم که اين فرضيه غلط بوده و بنابر
اين چيزي ماوراي جهان است که در آن نظمي ميدمد تا آن به پيش رود.
البته حتي اگر مشاهدات با پيش بيني ها در توافق افتد، ثابت نميکند
که پيشنهاد بي مرزي درست باشد و ليکن اعتماد به آن افزايش مي يابد.
بويژه چون بنظر نميرسد که پيشنهاد طبيعي ديگري براي وضعيت کوانتوم
جهان وجود داشته باشد.
طرح بدون مرز پيش بيني مي کند که جهان در يک نقطه واحد مثل قطب
شمال کره زمين آغاز شده است ولي آن يک نقطه انفصال مثل انفجار بزرگ
نبوده است.تنها نقطه اي معمولي از فضا – زمان بوده همانند قطب شمال
که نقطه اي معمولي از کره زمين است، البته اين را به من گفته اند
وخودم من آنجا نبوده ام.
بر اساس طرح بدون مرز، جهان از يک نقطه واحد آغاز شده و بطور
ملائمي گسترش يافته است. همينطورکه جهان گسترش مي يافته، از ميدان
جاذبه اي [۲۸] انرژي قرض ميگرفته است تا بتواند ماده بوجود آورد. و
همانطور که هر اقتصادداني مي تواند پيش بيني کند، نتيجه هر قرض
گرفتن، تورم [۲۹] است. جهان با نرخ دائما فزاينده اي ( انرژي) قرض
گرفته و منبسط ميشد. خوشبختانه، الزامي نيست که بدهي انرژي جاذبه
اي تا پيش از پايان جهان وصول شود.
سرانجام، دوره تورم بپايان رسيده و جهان به مرحله اي از رشد و يا
گسترش متعادلي وارد شد. ولي بهر ترتيب، تورم اثر خود را بر جهان به
جا گذاشت. جهان بطور تقريبا کاملي هموار شده بود اما با مختصر بي
نظمي. اين بي نظمي ها خيلي کم بوده، فقط يک قسمت ازصد هزار، که
براي سالها مردم بيهوده در جستجو آنها بودند. ليکن در سال ۱۹۹۲
ماهواره کاوشگرزمينه کيهاني بنام کوبي [۳۰] اين بي نظمي ها را
درپرتو ميکروموج زمينه کشف کرد که لحظه اي تاريخي بود، چنانکه ما
مبدا جهان در گذشته را ديديم. فرم نوسان ها [۳۱] در ميکروموج زمينه
قويا با پيش بيني هاي طرح بدون مرز مطابقت مي کرد.
اين بي نظمي هاي ناچيزدر جهان باعث شده بود تا جاهائي کمتر از
مناطق ديگر گسترش يافته وعاقبت ازگسترش يافتن متوقف شدند. آنها در
خود فروريخته و ستارگان و کهکشانها را شکل دادند. در نتيجه فرضيه
بدون مرز ميتواند تمامي ساختار متنوع وقدرتمند دنيائي که ما در آن
زندگي ميکنيم را توضيح دهد.
طرح بدون مرز چه چيزي را براي آينده جهان پيش بيني ميکند؟ چون اين
فرضيه لازم ميداند که جهان درفضا متناهي است وهمچنين درزمان مجازي
هم متناهي باشد، پس نتيجه مي گيرد که جهان عاقبت دوباره در هم فرو
خواهد ريخت. بهر صورت، از هم پاشيدن آن در زماني بسيارطولاني
نخواهد بود، يعني نه خيلي طولاني تر از ۱۵ ميليارد سال که پيش از
اين گسترش يافته است. بنابر اين، شما قبل از اينکه پايان جهان
نزديک شود، وقت خواهيد داشت تا سهام قرضه دولتي خودتان را
بفروشيد.اما اين که بعد دقيقا بروي چه چيزي سرمايه گذاري کنيد، من
نميدانم.
در ابتدا، من فکر ميکردم که درهم فروريختن (جهان) معکوس زماني
گسترش آن بوده است. اين بدين معنا بود که پيکان زمان به طرف ديگر
در جهت فاز انقباضي باشد. هر چه که جهان کوچکتر ميشد، مردم جوانتر
مي شدند. تا سرانجام به زهدان برگشته و ناپديد ميگشتند.
بهرتقدير، همينطور که اين راه حلها نشان ميدهند، من حالا فکر ميکنم
که اشتباه مي کردم. فروپاشي (جهان) معکوس زمان گسترش و انبساط آن
نيست. گسترش دريک فاز تورمي شروع شده، اما فروپاشي بطور کلي در يک
فاز ضد تورمي پايان نخواهد پذيرفت. بعلاوه، حرکتهاي کوچک از چگالي
يکنواخت تا فاز انقباضي به رشد خود ادامه مي دهد. جهان همانطور که
کوچکترميشود، بيشتر و بيشتر متلاطم و نامنظم خواهد شد و آشفتگي
افزايش خواهد يافت. و معنايش اين است که پيکان زمان معکوس نخواهد
شد. مردم همچنان پيرتر ميشوند، حتي بعد از اينکه جهان شروع به
منقبض شدن کند. بنابر اين، خوب نيست منتظرشويد تا جهان دوباره در
هم فروريزد تا به جواني تان برگرديد. تا آنموقع، بهرحال فقط کمي از
آن دوران گذشته است.
نتيجه اين سخنراني اين است که جهان هميشه وجود نداشته است. بلکه
جهان وخود زمان آغازي در انفجار بزرگ در حدود ۱۵ ميليارد سال پيش
داشته اند. شروع زمان واقعي در يک نقطه انفصال، جائي که قوانين
فيزيک از کاربازمي مانند، بوده است. درصورتي که شرط بدون مرزدر
مورد جهان تاييد گردد، به هرطريقي که جهان شروع شده باشد، بازآن
توسط قوانين فيزيک تعيين شده است. حالت بدون مرز ميگويد که فضا –
زمان در امتداد خود در جهت زمان مجازي متناهي است ولي هيچ لبه و
مرزي ندارد. پيش بيني هاي طرح بدون مرزبنظر ميرسد که با مشاهدات
مطابقت داشته باشند. فرضيه بدون مرز همچنين پيش بيني ميکند که جهان
سرانجام دوباره در هم فروخواهد ريخت. اما فاز انقباضي معکوس پيکان
زمان فاز انبساطي جهان را نخواهد داشت. و بنابر اين، ما همچنان پير
خواهيم شد و به جواني مان باز نخواهيم گشت زيرا که زمان در حال
بازگشت به عقب نيست. فکر ميکنم که بهتر است که اينجا صحبت هايم را
تمام کنم.
نقل از
باشگاه پژوهشگران دانشجو
1. The General Agreement on Tariffs and Trade (GATT)
2. Static
3. Sir Arthur Eddington
4. Big Bang
5. Singularity
6. The Law of Conservation of Matter
7. Steady State Theory
8. Hermann Bondi, Thomas Gold and Fred Hoyle
9. Karl Popper
10. Scientific Theory
11. Microwave Background Radiation
12. Thermal Equilibrium
13. The Absolute Zero of Temperature (2.7 Kelvin degree)
14. Peculiar Velocities
15. Contracting Phase
16. Roger Penrose
17. Black Hole
18. Past Light Cone
19. Opaque
20. Quasar
21. Uncertainty Principle of Quantum
22. Quantum Theory of Gravity
23. Uncertainty Principle
24. Imaginary Time
25. Science Fiction
26. Self – Contained System
27. No Boundary Condition
28. Gravitational Field
29. Inflation
30. COBE : The Cosmic Background Explorer Satellite
31. Fluctuatio
سايت پرفسور استيفن هاوکينگ :
www.hawking.org.uk/home/hindex.html
http://www.ayandehnegar.org/
مرز بین ایمان و تجربه
نامه سرگشاده به
حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی
The Beginning of Time
Stephen Hawking
This lecture is the intellectual property of Professor
S.W.Hawking. You may not reproduce, edit, translate, distribute,
publish or host this document in any way with out the permission
of Professor Hawking.
Note that there may be incorrect spellings, punctuation and/or
grammar in this document. This is to allow correct pronunciation
and timing by a speech synthesiser.
In this lecture, I would like to discuss whether time itself has
a beginning, and whether it will have an end. All the evidence
seems to indicate, that the universe has not existed forever,
but that it had a beginning, about 15 billion years ago. This is
probably the most remarkable discovery of modern cosmology. Yet
it is now taken for granted. We are not yet certain whether the
universe will have an end. When I gave a lecture in Japan, I was
asked not to mention the possible re-collapse of the universe,
because it might affect the stock market. However, I can
re-assure anyone who is nervous about their investments that it
is a bit early to sell: even if the universe does come to an
end, it won't be for at least twenty billion years. By that
time, maybe the GATT trade agreement will have come into effect.
The time scale of the universe is very long compared to that for
human life. It was therefore not surprising that until recently,
the universe was thought to be essentially static, and
unchanging in time. On the other hand, it must have been
obvious, that society is evolving in culture and technology.
This indicates that the present phase of human history can not
have been going for more than a few thousand years. Otherwise,
we would be more advanced than we are. It was therefore natural
to believe that the human race, and maybe the whole universe,
had a beginning in the fairly recent past. However, many people
were unhappy with the idea that the universe had a beginning,
because it seemed to imply the existence of a supernatural being
who created the universe. They preferred to believe that the
universe, and the human race, had existed forever. Their
explanation for human progress was that there had been periodic
floods, or other natural disasters, which repeatedly set back
the human race to a primitive state.
This argument about whether or not the universe had a beginning,
persisted into the 19th and 20th centuries. It was conducted
mainly on the basis of theology and philosophy, with little
consideration of observational evidence. This may have been
reasonable, given the notoriously unreliable character of
cosmological observations, until fairly recently. The
cosmologist, Sir Arthur Eddington, once said, 'Don't worry if
your theory doesn't agree with the observations, because they
are probably wrong.' But if your theory disagrees with the
Second Law of Thermodynamics, it is in bad trouble. In fact, the
theory that the universe has existed forever is in serious
difficulty with the Second Law of Thermodynamics. The Second
Law, states that disorder always increases with time. Like the
argument about human progress, it indicates that there must have
been a beginning. Otherwise, the universe would be in a state of
complete disorder by now, and everything would be at the same
temperature. In an infinite and everlasting universe, every line
of sight would end on the surface of a star. This would mean
that the night sky would have been as bright as the surface of
the Sun. The only way of avoiding this problem would be if, for
some reason, the stars did not shine before a certain time.
In a universe that was essentially static, there would not have
been any dynamical reason, why the stars should have suddenly
turned on, at some time. Any such "lighting up time" would have
to be imposed by an intervention from outside the universe. The
situation was different, however, when it was realised that the
universe is not static, but expanding. Galaxies are moving
steadily apart from each other. This means that they were closer
together in the past. One can plot the separation of two
galaxies, as a function of time. If there were no acceleration
due to gravity, the graph would be a straight line. It would go
down to zero separation, about twenty billion years ago. One
would expect gravity, to cause the galaxies to accelerate
towards each other. This will mean that the graph of the
separation of two galaxies will bend downwards, below the
straight line. So the time of zero separation, would have been
less than twenty billion years ago.
At this time, the Big Bang, all the matter in the universe,
would have been on top of itself. The density would have been
infinite. It would have been what is called, a singularity. At a
singularity, all the laws of physics would have broken down.
This means that the state of the universe, after the Big Bang,
will not depend on anything that may have happened before,
because the deterministic laws that govern the universe will
break down in the Big Bang. The universe will evolve from the
Big Bang, completely independently of what it was like before.
Even the amount of matter in the universe, can be different to
what it was before the Big Bang, as the Law of Conservation of
Matter, will break down at the Big Bang.
Since events before the Big Bang have no observational
consequences, one may as well cut them out of the theory, and
say that time began at the Big Bang. Events before the Big Bang,
are simply not defined, because there's no way one could measure
what happened at them. This kind of beginning to the universe,
and of time itself, is very different to the beginnings that had
been considered earlier. These had to be imposed on the universe
by some external agency. There is no dynamical reason why the
motion of bodies in the solar system can not be extrapolated
back in time, far beyond four thousand and four BC, the date for
the creation of the universe, according to the book of Genesis.
Thus it would require the direct intervention of God, if the
universe began at that date. By contrast, the Big Bang is a
beginning that is required by the dynamical laws that govern the
universe. It is therefore intrinsic to the universe, and is not
imposed on it from outside.
Although the laws of science seemed to predict the universe had
a beginning, they also seemed to predict that they could not
determine how the universe would have begun. This was obviously
very unsatisfactory. So there were a number of attempts to get
round the conclusion, that there was a singularity of infinite
density in the past. One suggestion was to modify the law of
gravity, so that it became repulsive. This could lead to the
graph of the separation between two galaxies, being a curve that
approached zero, but didn't actually pass through it, at any
finite time in the past. Instead, the idea was that, as the
galaxies moved apart, new galaxies were formed in between, from
matter that was supposed to be continually created. This was the
Steady State theory, proposed by Bondi, Gold, and Hoyle.
The Steady State theory, was what Karl Popper would call, a good
scientific theory: it made definite predictions, which could be
tested by observation, and possibly falsified. Unfortunately for
the theory, they were falsified. The first trouble came with the
Cambridge observations, of the number of radio sources of
different strengths. On average, one would expect that the
fainter sources would also be the more distant. One would
therefore expect them to be more numerous than bright sources,
which would tend to be near to us. However, the graph of the
number of radio sources, against there strength, went up much
more sharply at low source strengths, than the Steady State
theory predicted.
There were attempts to explain away this number count graph, by
claiming that some of the faint radio sources, were within our
own galaxy, and so did not tell us anything about cosmology.
This argument didn't really stand up to further observations.
But the final nail in the coffin of the Steady State theory came
with the discovery of the microwave background radiation, in
1965. This radiation is the same in all directions. It has the
spectrum of radiation in thermal equilibrium at a temperature of
2 point 7 degrees above the Absolute Zero of temperature. There
doesn't seem any way to explain this radiation in the Steady
State theory.
Another attempt to avoid a beginning to time, was the
suggestion, that maybe all the galaxies didn't meet up at a
single point in the past. Although on average, the galaxies are
moving apart from each other at a steady rate, they also have
small additional velocities, relative to the uniform expansion.
These so-called "peculiar velocities" of the galaxies, may be
directed sideways to the main expansion. It was argued, that as
you plotted the position of the galaxies back in time, the
sideways peculiar velocities, would have meant that the galaxies
wouldn't have all met up. Instead, there could have been a
previous contracting phase of the universe, in which galaxies
were moving towards each other. The sideways velocities could
have meant that the galaxies didn't collide, but rushed past
each other, and then started to move apart. There wouldn't have
been any singularity of infinite density, or any breakdown of
the laws of physics. Thus there would be no necessity for the
universe, and time itself, to have a beginning. Indeed, one
might suppose that the universe had oscillated, though that
still wouldn't solve the problem with the Second Law of
Thermodynamics: one would expect that the universe would become
more disordered each oscillation. It is therefore difficult to
see how the universe could have been oscillating for an infinite
time.
This possibility, that the galaxies would have missed each
other, was supported by a paper by two Russians. They claimed
that there would be no singularities in a solution of the field
equations of general relativity, which was fully general, in the
sense that it didn't have any exact symmetry. However, their
claim was proved wrong, by a number of theorems by Roger Penrose
and myself. These showed that general relativity predicted
singularities, whenever more than a certain amount of mass was
present in a region. The first theorems were designed to show
that time came to an end, inside a black hole, formed by the
collapse of a star. However, the expansion of the universe, is
like the time reverse of the collapse of a star. I therefore
want to show you, that observational evidence indicates the
universe contains sufficient matter, that it is like the time
reverse of a black hole, and so contains a singularity.
In order to discuss observations in cosmology, it is helpful to
draw a diagram of events in space and time, with time going
upward, and the space directions horizontal. To show this
diagram properly, I would really need a four dimensional screen.
However, because of government cuts, we could manage to provide
only a two dimensional screen. I shall therefore be able to show
only one of the space directions.
As we look out at the universe, we are looking back in time,
because light had to leave distant objects a long time ago, to
reach us at the present time. This means that the events we
observe lie on what is called our past light cone. The point of
the cone is at our position, at the present time. As one goes
back in time on the diagram, the light cone spreads out to
greater distances, and its area increases. However, if there is
sufficient matter on our past light cone, it will bend the rays
of light towards each other. This will mean that, as one goes
back into the past, the area of our past light cone will reach a
maximum, and then start to decrease. It is this focussing of our
past light cone, by the gravitational effect of the matter in
the universe, that is the signal that the universe is within its
horizon, like the time reverse of a black hole. If one can
determine that there is enough matter in the universe, to focus
our past light cone, one can then apply the singularity
theorems, to show that time must have a beginning.
How can we tell from the observations, whether there is enough
matter on our past light cone, to focus it? We observe a number
of galaxies, but we can not measure directly how much matter
they contain. Nor can we be sure that every line of sight from
us will pass through a galaxy. So I will give a different
argument, to show that the universe contains enough matter, to
focus our past light cone. The argument is based on the spectrum
of the microwave background radiation. This is characteristic of
radiation that has been in thermal equilibrium, with matter at
the same temperature. To achieve such an equilibrium, it is
necessary for the radiation to be scattered by matter, many
times. For example, the light that we receive from the Sun has a
characteristically thermal spectrum. This is not because the
nuclear reactions, which go on in the centre of the Sun, produce
radiation with a thermal spectrum. Rather, it is because the
radiation has been scattered, by the matter in the Sun, many
times on its way from the centre.
In the case of the universe, the fact that the microwave
background has such an exactly thermal spectrum indicates that
it must have been scattered many times. The universe must
therefore contain enough matter, to make it opaque in every
direction we look, because the microwave background is the same,
in every direction we look. Moreover, this opacity must occur a
long way away from us, because we can see galaxies and quasars,
at great distances. Thus there must be a lot of matter at a
great distance from us. The greatest opacity over a broad wave
band, for a given density, comes from ionised hydrogen. It then
follows that if there is enough matter to make the universe
opaque, there is also enough matter to focus our past light
cone. One can then apply the theorem of Penrose and myself, to
show that time must have a beginning.
The focussing of our past light cone implied that time must have
a beginning, if the General Theory of relativity is correct. But
one might raise the question, of whether General Relativity
really is correct. It certainly agrees with all the
observational tests that have been carried out. However these
test General Relativity, only over fairly large distances. We
know that General Relativity can not be quite correct on very
small distances, because it is a classical theory. This means,
it doesn't take into account, the Uncertainty Principle of
Quantum Mechanics, which says that an object can not have both a
well defined position, and a well defined speed: the more
accurately one measures the position, the less accurately one
can measure the speed, and vice versa. Therefore, to understand
the very high-density stage, when the universe was very small,
one needs a quantum theory of gravity, which will combine
General Relativity with the Uncertainty Principle.
Many people hoped that quantum effects, would somehow smooth out
the singularity of infinite density, and allow the universe to
bounce, and continue back to a previous contracting phase. This
would be rather like the earlier idea of galaxies missing each
other, but the bounce would occur at a much higher density.
However, I think that this is not what happens: quantum effects
do not remove the singularity, and allow time to be continued
back indefinitely. But it seems that quantum effects can remove
the most objectionable feature, of singularities in classical
General Relativity. This is that the classical theory, does not
enable one to calculate what would come out of a singularity,
because all the Laws of Physics would break down there. This
would mean that science could not predict how the universe would
have begun. Instead, one would have to appeal to an agency
outside the universe. This may be why many religious leaders,
were ready to accept the Big Bang, and the singularity theorems.
It seems that Quantum theory, on the other hand, can predict how
the universe will begin. Quantum theory introduces a new idea,
that of imaginary time. Imaginary time may sound like science
fiction, and it has been brought into Doctor Who. But
nevertheless, it is a genuine scientific concept. One can
picture it in the following way. One can think of ordinary,
real, time as a horizontal line. On the left, one has the past,
and on the right, the future. But there's another kind of time
in the vertical direction. This is called imaginary time,
because it is not the kind of time we normally experience. But
in a sense, it is just as real, as what we call real time.
The three directions in space, and the one direction of
imaginary time, make up what is called a Euclidean space-time. I
don't think anyone can picture a four dimensional curve space.
But it is not too difficult to visualise a two dimensional
surface, like a saddle, or the surface of a football.
In fact, James Hartle of the University of California Santa
Barbara, and I have proposed that space and imaginary time
together, are indeed finite in extent, but without boundary.
They would be like the surface of the Earth, but with two more
dimensions. The surface of the Earth is finite in extent, but it
doesn't have any boundaries or edges. I have been round the
world, and I didn't fall off.
If space and imaginary time are indeed like the surface of the
Earth, there wouldn't be any singularities in the imaginary time
direction, at which the laws of physics would break down. And
there wouldn't be any boundaries, to the imaginary time
space-time, just as there aren't any boundaries to the surface
of the Earth. This absence of boundaries means that the laws of
physics would determine the state of the universe uniquely, in
imaginary time. But if one knows the state of the universe in
imaginary time, one can calculate the state of the universe in
real time. One would still expect some sort of Big Bang
singularity in real time. So real time would still have a
beginning. But one wouldn't have to appeal to something outside
the universe, to determine how the universe began. Instead, the
way the universe started out at the Big Bang would be determined
by the state of the universe in imaginary time. Thus, the
universe would be a completely self-contained system. It would
not be determined by anything outside the physical universe,
that we observe.
The no boundary condition, is the statement that the laws of
physics hold everywhere. Clearly, this is something that one
would like to believe, but it is a hypothesis. One has to test
it, by comparing the state of the universe that it would
predict, with observations of what the universe is actually
like. If the observations disagreed with the predictions of the
no boundary hypothesis, we would have to conclude the hypothesis
was false. There would have to be something outside the
universe, to wind up the clockwork, and set the universe going.
Of course, even if the observations do agree with the
predictions, that does not prove that the no boundary proposal
is correct. But one's confidence in it would be increased,
particularly because there doesn't seem to be any other natural
proposal, for the quantum state of the universe.
The no boundary proposal, predicts that the universe would start
at a single point, like the North Pole of the Earth. But this
point wouldn't be a singularity, like the Big Bang. Instead, it
would be an ordinary point of space and time, like the North
Pole is an ordinary point on the Earth, or so I'm told. I have
not been there myself.
According to the no boundary proposal, the universe would have
expanded in a smooth way from a single point. As it expanded, it
would have borrowed energy from the gravitational field, to
create matter. As any economist could have predicted, the result
of all that borrowing, was inflation. The universe expanded and
borrowed at an ever-increasing rate. Fortunately, the debt of
gravitational energy will not have to be repaid until the end of
the universe.
Eventually, the period of inflation would have ended, and the
universe would have settled down to a stage of more moderate
growth or expansion. However, inflation would have left its mark
on the universe. The universe would have been almost completely
smooth, but with very slight irregularities. These
irregularities are so little, only one part in a hundred
thousand, that for years people looked for them in vain. But in
1992, the Cosmic Background Explorer satellite, COBE, found
these irregularities in the microwave background radiation. It
was an historic moment. We saw back to the origin of the
universe. The form of the fluctuations in the microwave
background agree closely with the predictions of the no boundary
proposal. These very slight irregularities in the universe would
have caused some regions to have expanded less fast than others.
Eventually, they would have stopped expanding, and would have
collapsed in on themselves, to form stars and galaxies. Thus the
no boundary proposal can explain all the rich and varied
structure, of the world we live in. What does the no boundary
proposal predict for the future of the universe? Because it
requires that the universe is finite in space, as well as in
imaginary time, it implies that the universe will re-collapse
eventually. However, it will not re-collapse for a very long
time, much longer than the 15 billion years it has already been
expanding. So, you will have time to sell your government bonds,
before the end of the universe is nigh. Quite what you invest in
then, I don't know.
Originally, I thought that the collapse, would be the time
reverse of the expansion. This would have meant that the arrow
of time would have pointed the other way in the contracting
phase. People would have gotten younger, as the universe got
smaller. Eventually, they would have disappeared back into the
womb.
However, I now realise I was wrong, as these solutions show. The
collapse is not the time reverse of the expansion. The expansion
will start with an inflationary phase, but the collapse will not
in general end with an anti inflationary phase. Moreover, the
small departures from uniform density will continue to grow in
the contracting phase. The universe will get more and more lumpy
and irregular, as it gets smaller, and disorder will increase.
This means that the arrow of time will not reverse. People will
continue to get older, even after the universe has begun to
contract. So it is no good waiting until the universe
re-collapses, to return to your youth. You would be a bit past
it, anyway, by then.
The conclusion of this lecture is that the universe has not
existed forever. Rather, the universe, and time itself, had a
beginning in the Big Bang, about 15 billion years ago. The
beginning of real time, would have been a singularity, at which
the laws of physics would have broken down. Nevertheless, the
way the universe began would have been determined by the laws of
physics, if the universe satisfied the no boundary condition.
This says that in the imaginary time direction, space-time is
finite in extent, but doesn't have any boundary or edge. The
predictions of the no boundary proposal seem to agree with
observation. The no boundary hypothesis also predicts that the
universe will eventually collapse again. However, the
contracting phase, will not have the opposite arrow of time, to
the expanding phase. So we will keep on getting older, and we
won't return to our youth. Because time is not going to go
backwards, I think I better stop now.
Source
http://www.hawking.org.uk/the-beginning-of-time.html
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
آخرین
مقالات |
