آیا امکان دارد دنیا آغازی نداشته باشد و زمان بدون آنکه مهبانگی شروع کننده آن باشد تا بی‌نهایت به عقب باز گردد؟ در نظریه «گرانش رنگین‌کمانی» چنین امکانی وجود دارد.
اگر دنیا آغازی نداشته باشد و زمان بدون آنکه مهبانگی شروع کننده آن باشد تا بی‌نهایت به عقب باز گردد چه می‌شود؟ این یکی از نتایج ممکن ایده «گرانش رنگین‌کمانی» است که فرض می‌کند اثرات گرانشی بر ساختار فضازمان توسط طول موج‌های متفاوت نور به شکل مختلفی احساس می‌شوند، دقیقا مشابه حالتی که باعث شکل‌گیری رنگین‌کمان می‌شود. وجه تسمیه این نظریه هم همین فرض اساسی است.
به گزارش ساینتیفیک آمریکن، فرضیه گرانش رنگین‌کمانی نخستین بار 10 سال پیش و به عنوان گامی رو به جلو برای اصلاح ایرادات تلفیق نظریات نسبیت عام (نظریه حاکم بر دنیاهای بسیار بزرگ) و مکانیک کوانتومی (نظریه حاکم بر دنیاهای بسیار ریز) ارائه شد. اگرچه این ایده نظریه کاملی برای توصیف اثرات کوانتومی بر گرانش نیست و به طور گسترده نیز مورد قبول قرار نگرفته؛ اما گروهی از فیزیک‌دانان تلاش می‌کنند تا از این ایده برای پاسخگویی به سوال نحوه آغاز جهان استفاده کنند. آنها کشف کردند که اگر گرانش رنگین‌کمانی درست باشد، داستان پیدایش ساختار فضازمان با تصویر ارائه شده از سوی نظریه مهبانگ بسیار متفاوت خواهد بود.
فوتون‌های رنگارنگ، مسیرهای متفاوت
بر اساس نظریه نسبیت عام اینشتین، اجرام پرجرم باعث تاب برداشتن فضازمان می‌شوند؛ به نحوی که هر چیزی که درون آن در حال حرکت است (از جمله نور) مسیری منحنی را خواهد پیمود. فیزیک استاندارد می‌گوید این مسیر نباید به انرژی ذرات در حال حرکت از میان فضازمان وابسته باشد، اما در ایده گرانش رنگین‌کمانی این اتفاق رخ می‌دهد.
عادل عواد از موسسه فیزیک نظری مصر، که نویسنده ارشد مقاله تازه منتشر شده در مجله کیهان‌شناسی و فیزیک اخترذرات است، می‌گوید: «ذرات با انرژی‌های متفاوت در واقع فضازمان‌های متفاوتی را درک می‌کنند، یعنی میدان‌های گرانشی مختلفی را تجربه می‌کنند.»
رنگ نور توسط بسامد آن تعیین می‌شود و از آنجایی‌که بسامدهای متفاوت متناظر با انرژی‌های متفاوت هستند، ذرات نور (فوتون‌ها) با رنگ‌های متفاوت به دلیل انرژی خود، در ساختار فضازمان در مسیرهایی اندکی متفاوت حرکت می‌کنند.
از آنجایی‌که این اثرات اغلب بسیار ریز هستند، در اغلب مشاهدات ستارگان، کهکشان‌ها و سایر پدیده‌های کیهانی متوجه آنها نمی‌شویم. اما زمانی که میزان انرژی بسیار زیاد است، مثلا در ذرات آزاد شده طی انفجارهای ستاره‌ای موسوم به جی.آر.بی یا فوارنگرهای پرتو گاما، این تغییر ممکن است قابل شناسایی باشد. در چنین موقعیت‌هایی، فوتون‌های با طول موج‌های متفاوت که در جی.آر.بی‌های یکسانی آزاد شده‌اند، پس از پیمودن میلیاردها سال نوری در میانه فضا در زمان‌هایی کمی متفاوت به زمین می‌رسند.
جیووانی آملینو کاملیا، فیزیکدان دانشگاه ساپینزا رم که تحقیقاتی را در خصوص وجود چنین سیگنا‌ل‌هایی انجام داده، می‌گوید: «تا کنون ما شواهدی قطعی از رخ دادن چنین پدیده‌ای مشاهده نکرده‌ایم.» با این وجود، این مساله می‌تواند به دلیل حساسیت پایین تجهیزات مورد استفاده باشد. با توجه به اینکه رصدخانه‌های امروزی هم اینک به حساسیت مورد نیاز برای اندازه‌گیری چنین اثراتی دست یافته‌اند، ممکن است بتوان در چند سال آینده با قطعیت بیشتری درباره این موضوع نظر داد.
آغاز ازلی
اگرچه در دنیای امروزی انرژی‌های فوق‌العاده بالای مورد نیاز برای ایجاد چنین پیامدهای گرانش رنگین‌کمانی بسیار نادر هستند، اما در جهان چگال اولیه پدیده‌ای غالب بودند. این مساله ممکن است به این معنا باشد که شاید دنیا به نحوی کاملا متفاوت از تصور فعلی ما شکل گرفته است.
عواد و همکارانش بر اساس تفاسیر اندکی متفاوت (که باعث شکل‌گیری شاخه‌های مختلف ایده گرانش رنگین‌کمانی شده است) دو آغاز محتمل را برای جهان شناسایی کرده‌اند. در یک سناریو، اگر رد زمان را رو به عقب دنبال کنید، جهان چگال‌تر و چگال‌تر می‌شود، به چگالی بی‌نهایت میل می‌کند، ولی هرگز به آن نمی‌رسد. در سناریو دیگر، جهان به چگالی فوق‌العاده بالا اما محدودی می‌رسد و سپس مسطح می‌شود. در هیچ‌کدام از این دو تصویر نقطه تکینگی یعنی لحظه‌ای در زمان که چگالی جهان بی‌نهایت بوده، وجود ندارد. به عبارت دیگر، مهبانگ هرگز رخ نمی‌دهد.
عواد می‌گوید: «البته این نتیجه جالب توجهی است، چرا که در اغلب مدل‌های کیهان‌شناسی ما با تکینگی‌هایی روبه‌رو هستیم.» این نتایج بیان می‌کنند که شاید دنیا اصولا هیچ آغازی نداشته است، و زمان را می‌توان تا بی‌نهایت قبل (ازل) دنبال کرد.
گرانش رنگین‌کمانی یا موقعیت نسبی؟
از آنجایی‌که هنوز بسیار زود است تا با قطعیت بتوان در خصوص بیان حقیقت توسط این سناریو‌ها قضاوت کرد، سناریوهای مطرح شده بسیار فریبنده هستند. آملینو کاملیا که در این تحقیقات مشارکت نداشته است، اما تحقیقاتی را در خصوص چارچوبی برای نظریه کوانتومی گرانش انجام داده است، می‌گوید: «این مقاله و چند مقاله دیگر نشان می‌دهد که شاید باید جایی برای این ایده در کیهان‌شناسی باز کرد؛ ایده‌ای که برای خود من نیز دلگرم کننده است. در گرانش کوانتومی ما هر روز مثال‌های بیشتر و بیشتری برای این چیزی که شاید شما گرانش رنگین‌کمانی می‌نامید پیدا می‌کنیم. این ایده روز به روز بیشتر خود را بر فیزیک‌دانان تحمیل می‌کند.»
با این حال این ایده منتقدانی نیز دارد. سابین هاسنفلدر از موسسه فیزیک نظری نوردیک می‌گوید: «به باور من این مدل هیچ ارتباطی با واقعیت ندارد. این ایده تنها روشی نیست که بتوان با مساله تکینگی نظریه مهبانگ مواجه شد. مشکل حدف تکینیگی نیست، مشکل اصلاح نسبیت عام به نحو مناسب است؛ به نحوی‌که بتوان هم‌زمان تمام موفقیت‌های آن را باز تولید کرد و در کنار آن بتوان مدل استاندارد فیزیک ذرات را نیز ایجاد کرد.»
لی اسمولین از موسسه فیزیک نظری پریمیتر اونتاریو، به همراه جائو ماگوئیجو از کالج سلطنتی لندن نخستین کسانی بودند که ایده گرانش رنگین‌کمانی را مطرح کردند. به گفته وی، گرانش رنگین‌کمانی از ایده بزرگ‌تری به نام موقعیت نسبی (Relative Locality) استنتاج شد. بر اساس ایده موقعیت نسبی، ناظران مستقر در موقعیت‌های مختلف فضازمان درباره محل وقوع رخدادها توافق ندارند. به عبارت دیگر، موقعیت نسبی است. وی می‌گوید: «موقعیت نسبی روشی عمیق‌تر برای درک ایده مشابه‌ای که گرانش رنگین‌کمانی بیان می‌کند. مقاله جدید عواد و همکارانش جالب است، اما پیش از آنکه بتوان نتایج را واقعا باور کرد، می‌خواهم کار آنها را مجددا در چارچوب موقعیت نسبی تکرار کنم. این احتمال وجود دارد که موقعیت نسبی مشکلاتی را در این نتایج آشکار کند که نویسندگان مقاله از آن آگاهی نداشته باشند.»
در سال‌های آینده، محققان امیدوارند بتوانند با تحلیل فورانگرهای گاما و سایر پدیده‌های کیهانی نشانه‌هایی از اثرات گرانش رنگین‌کمانی پیدا کنند. اگر چنین نشانه‌هایی یافت شود، به این معنا خواهد بود که جهان زندگی ما تاریخی «رنگارنگ»تر از آن چیزی داشته است که تا کنون تصور می‌کرده‌ایم.
