التفرد الأولي

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
مخطط لاستقراء جزء من الكون عبر الزمن حتى النقطة التي تتنبأ فيها الفيزياء الكلاسيكية بوجود نقطة تفرد.

تُعدّ نقطة التفرد الأولية ، أو نقطة تفرد الانفجار العظيم، نموذجًا مبسطًا لنشأة الكون ، تم التوصل إليه من خلال استقراء نموذج الانفجار العظيم لعلم الكونيات إلى حالة ذات كثافة ودرجة حرارة عاليتين للغاية. وبينما يشير مصطلح الانفجار العظيم إلى الحالة الساخنة والكثيفة في الكون المبكر التي بدأ منها تمدد الكون ، فإن استقراء النسبية العامة إلى ما بعد هذه الحالة يؤدي إلى نقطة تفرد . ومع ذلك، تُعتبر هذه النقطة تفردًا ناتجًا عن انهيار النماذج النظرية الحالية، وليست وصفًا ذا دلالة فيزيائية لنشأة الكون.

نموذج الانفجار العظيم

لا تستطيع النظريات الفيزيائية الحالية أن تخبرنا عن لحظة الانفجار العظيم. [ 1 ] إن استقراء تمدد الكون عكسيًا في الزمن باستخدام النسبية العامة الكلاسيكية فقط يُنتج تفردًا جاذبيًا بكثافة ودرجة حرارة لانهائيتين في زمن محدود في الماضي. [ 2 ] ومع ذلك، يُتوقع أن تكون هذه النظرية الجاذبية الكلاسيكية غير كافية لوصف الفيزياء في ظل هذه الظروف. [ 3 ] : 275 وبالتالي، فإن معنى هذا التفرد في سياق الانفجار العظيم غير واضح. [ 4 ]

على الإنترنت وفي وسائل الإعلام العلمية الشعبية، يُربط نموذج الانفجار العظيم بنقطة تفرد أولية. ويبدو أن السبب هو مجرد استقراء . يقدم مات ستراسلر مثالًا لتوضيح سبب عدم منطقية هذا الاستقراء. تخيل أنك تستقرأ حياتك عكسيًا في الزمن: تصبح طفلًا، ثم رضيعًا، ثم جنينًا. ومع ذلك، فأنت لا تعود إلى نقطة تفرد لأن عملية انقسام الخلايا لا تستقرأ إلى حجم صفري. وبالمثل، فإن استقراء نموذج الانفجار العظيم إلى الزمن الصفري يدخل منطقة لا ينطبق عليها النموذج. [ 5 ]

تاريخ

في عام ١٩٢٢، اشتق ألكسندر فريدمان معادلات فريدمان من نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين . [ ٦ ] وتنبأ بتوسع الكون، وتساءل عما إذا كان من الممكن وجود نقاط تفرد في الماضي. قام ليف لانداو بصياغة السؤال بشكل رسمي في عام ١٩٥٩. [ ٦ ] درس فلاديمير بيلينسكي ، وإسحاق خالاتنيكوف ، وإيفجيني ليفشيتز حل معادلات أينشتاين بالقرب من نقطة التفرد في عام ١٩٦٩. [ ٦ ] ووفقًا لنظرية بيلينسكي-خالاتنيكوف-ليفشيتز ، فإن نقطة التفرد هي خاصية عامة للنماذج المتناظرة القائمة على النسبية العامة، حتى بالنسبة للنماذج ذات الأبعاد الكبيرة ونماذج الجاذبية الفائقة . [ ٦ ] أشارت هذه الورقة البحثية إلى وجود ديناميكيات فوضوية بالقرب من نقطة التفرد تُعرف باسم كون ميكسماستر ، وهو نموذج طوره تشارلز دبليو ميسنر في العام نفسه. [ ٧ ]

في عام 1970، وضع ستيفن هوكينغ وروجر بنروز نظريات بنروز-هوكينغ للتفردات المتعلقة بالثقوب السوداء والنماذج الكونية، مُبينين أن تفرد الانفجار العظيم حتمي في ظل افتراضات أكثر عمومية. [ 8 ] [ 7 ] وفي عام 2003، تناول أرفيند بورد وآلان غوث وألكسندر فيلينكين حالةً أكثر عمومية. تُظهر نظرية بورد-غوث-فيلينكين أن الكون الذي يتوسع في المتوسط ​​يكون محدودًا في الماضي بالنسبة لجاذبية f ( R ) العامة (وهي أكثر عمومية من معادلات أينشتاين)، وهذه النتيجة مستقلة عن محتوى المادة في الكون. [ 9 ] ومع ذلك، لا تُشير نظرية بورد-غوث-فيلينكين بالضرورة إلى وجود تفرد عالمي لجميع المراقبين المُحتملين. [ 9 ]

استطلاعات الرأي

بحسب استطلاع رأي أُجري عام 2026 وشمل 1675 عضوًا من الجمعية الفيزيائية الأمريكية ، اعتبر 68% من المشاركين أن الانفجار العظيم هو "حالة ساخنة كثيفة قد تتوافق أو لا تتوافق مع بداية الزمن"، بينما رأى 20% أنه يتوافق مع بداية الزمن وأنه نقطة تفرد،  ورأى 5% أن الانفجار العظيم لم يكن نقطة تفرد بل كان بداية الزمن؛ واختار 4% خيار "أخرى"، وفضل 3% خيار "لا رأي". [ 10 ]

غياب ميكانيكا الكم

تُصبح ميكانيكا الكم عاملاً هاماً في بيئة الطاقة العالية للمرحلة الأولى من الكون: إذ تعجز النسبية العامة وحدها عن تقديم تنبؤات دقيقة. [ 11 ] واستجابةً لعدم دقة الاكتفاء بالنظر إلى النسبية العامة فقط، كما في النموذج التقليدي للانفجار العظيم، طُرحت صياغات نظرية بديلة لبداية الكون، بما في ذلك نموذج قائم على نظرية الأوتار، حيث اصطدم غشاءان هائلان، أكبر بكثير من الكون، مما أدى إلى توليد الكتلة والطاقة. [ 12 ]

بدائل للتفرد

نتيجةً للمشاكل التي أفرزتها ميكانيكا الكم، طُرحت نماذج جديدة متعددة لما سبق الانفجار العظيم وما تسبب فيه. يهدف أحد هذه النماذج، الذي يستخدم جاذبية الكم الحلقية ، إلى تفسير بدايات الكون من خلال سلسلة من الارتدادات العظيمة ، حيث تتسبب التقلبات الكمومية في تمدد الكون. ويتنبأ هذا النموذج أيضًا بنموذج دوري للأكوان، حيث يُخلق كون جديد بعد تدمير كون قديم، ولكل كون ثوابت فيزيائية مختلفة . [ 11 ] وقد وُجهت انتقادات لهذه المقترحات لعدم توافقها مع نظرية بورد-غوث-فيلينكين ، إلا أن تعديلاتها التي تتضمن ارتدادًا واحدًا فقط (بدلًا من سلسلة ارتدادات دورية) تتجاوز هذه المشكلة (خاصةً إذا كانت المرحلة المنكمشة فارغة، أي نموذج ميلن المضغوط ، وذات بعدين (2+1)، نظرًا للصلابة المُستقرة المتأصلة للفراغ في هذه الحالة ).

قد يجعل النجاح الكبير لنظرية التضخم الكوني التفرد وأي بدائل أخرى غير ذات صلة بالأغراض العملية. يخلق التضخم شروطًا أولية أثبتت فعاليتها مع نماذج الانفجار العظيم لتحقيق توافق مع الملاحظات الفيزيائية الفلكية. وهو يعمل بنفس الكفاءة في حالة وجود تفرد، أو ارتداد، أو أي شكل من أشكال حدث الخلق الكمي. [ 13 ] : 26

مراجع

  1. ↑ تشاو، تاي ل. (2008). الجاذبية، والثقوب السوداء، والكون المبكر جدًا: مقدمة في النسبية العامة وعلم الكونيات . نيويورك: سبرينغر. ISBN 978-0-387-73629-7.
  2. ↑ هوكينج، ستيفن دبليو .؛ إليس، جورج إف آر (1973). البنية واسعة النطاق للزمكان . كامبريدج، المملكة المتحدة: مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-0-521-20016-5LCCN 72093671 . OCLC 1120809270 .​  
  3. ↑ بيكوك، جيه إيه (28 ديسمبر 1998). الفيزياء الكونية ( الطبعة الأولى). مطبعة جامعة كامبريدج. doi : 10.1017/cbo9780511804533 . ISBN  978-0-521-41072-4.
  4. ↑ سينوفيلا، خوسيه م.م. (مايو 1998). "نظريات التفرد ونتائجها" . النسبية العامة والجاذبية . 30 (5): 701-848 . arXiv : 1801.04912 . Bibcode : 1998GReGr..30..701S . doi : 10.1023/A:1018801101244 . ISSN 0001-7701 . 
  5. ↑ "هل بدأ الكون حقًا بنقطة تفرد؟" . ذو أهمية خاصة . 21 مارس 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 سبتمبر 2025 .
  6. 1 2 3 4 بيلينسكي، فلاديمير؛ هينو، مارك (26-10-2017). "مقدمة". التفرد الكوني . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-1-108-54799-4.
  7. 1 2 خالاتنيكوف، إسحاق م.؛ كامنشيك ، ألكسندر يو (2008-06-01). "ليف لانداو ومشكلة التفردات في علم الكونيات" . الفيزياء-Uspekhi . 51 (6): 609-616 . أرخايف : 0803.2684 . دوى : 10.1070/pu2008v051n06abeh006550 . ردمك 1063-7869 . 
  8. ↑ لجنة نوبل للفيزياء (2020). "الأساس النظري للثقوب السوداء والجسم فائق الكتلة المضغوط في مركز المجرة" (ملف PDF) . مؤسسة نوبل .
  9. 1 2 بورد، أرفيند؛ غوث، آلان هـ.؛ فيلينكين، ألكسندر (15-04-2003). "الزمكانات التضخمية غير مكتملة في الاتجاهات السابقة" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 90 (15) 151301. arXiv : gr-qc/0110012 . Bibcode : 2003PhRvL..90o1301B . doi : 10.1103/physrevlett.90.151301 . ISSN 0031-9007 . PMID 12732026 .  
  10. ↑ أفشوردي، نيايش؛ هالبر، فيل؛ ريني، ماتيو؛ شيربر، مايكل (12 مايو 2026). "بعيدًا عن الحسم: آراء المستجيبين متباينة حول أعظم ألغاز الفيزياء" . مجلة الفيزياء .
  11. 1 2 جامعة ولاية بنسلفانيا (2 يوليو 2007). "ماذا حدث قبل الانفجار العظيم؟" . ساينس ديلي . تم الاسترجاع في 16 أبريل 2012 .
  12. ↑ لامب، روبرت (12 مايو 2010). "الأغشية، والتقلصات، وأفكار عظيمة أخرى" . ماذا كان موجودًا قبل الانفجار العظيم؟ . HowStuffWorks . تم الاسترجاع في 16 أبريل 2012 .
  13. ↑ ليندي، أندريه (2008)، ليموين، مارتن؛ مارتن، جيروم؛ بيتر، باتريك (محررون)، علم الكون التضخمي ، سلسلة محاضرات في الفيزياء، المجلد 738، برلين، هايدلبرغ: سبرينغر برلين هايدلبرغ، الصفحات 1-54، arXiv : 0705.0164 ، doi : 10.1007 / 978-3-540-74353-8_1 ، ISBN   978-3-540-74352-1تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-09-07