فهرست مندرجاتکیهانشناسی
(نظریه‌ی تورم کیهان)
[قبل] [بعد]
[↑] نظریه‌ی تورم کیهان
همزمان که تصویر قدیمی جهان به کناری نهاده می‌شود، تصویری جدید از کیهان‌شناسی شکل می‌گیرد. در جدیدترین رمزگشایی کیهان، دانشمندان امواج گرانشی نخستین لحظات تولد کیهان[۱] را مشاهده کردند که مهر تأییدی است بر وجود نظریه تورمی کیهان، این نظریه به‌طرز شگفت‌انگیزی وجود تورم در ثانیه‌های اولیه‌ی پس از بیگ بنگ[٢] را تأیید می‌کند که دانشمندان بعد از گذشت تقریباً ۱۳،۸۲ میلیارد سال، توانستند آن را آشکار کنند. نظریه تورم معتبرترین و برجسته‌ترین نظریه‌ای است که صورت صحیح شده‌ای از نظریه بیگ بنگ به‌شمار می‌رود. این نظریه اولین‌بار در سال ۱۹۸۰ از سوی فیزیکدانی با نام آلن گوث، از دانشگاه MIT ، مطرح شد.
تصویری از آلن گوث کسی که نظریه تورمی جهان را پیشنهاد داده است.
پیامد مستقیم تورم این است که کل جهان از ناحیهٔ کوچکی آغاز شده که به‌هم وابسته‌اند. طبق نظریه تورمی کیهان در اولین یک تریلیون تریلیونیم ثانیه، نیروی ضد گرانش مرموزی، باعث گسترش و انبساط جهان شده است، جهان در کسری از ثانیه با ضریب غیر قابل تصوری برابر (۱۰ به توان ۵۰) انبساط یافته است. دقیقاً پس از آغاز دوره‌‌ی تورم چهار نیروی اصلی طبیعت که با هم یکی بودند از هم جدا شده و هر کدام راه خود را در عالم رو به گسترش در پیش گرفتند. تورم به این نکته از بیگ بنگ پاسخ می‌دهد که: چرا جهان تخت، همگن و همسان‌گرد است، در حالی‌که بر پایهٔ بیگ بنگ و اصل کیهان‌شناختی جهان باید به‌شدت خمیده و ناهمگن می‌بود؟ تورم همچنین خاستگاه ساختار بزرگ‌مقیاس کیهان را توضیح می‌دهد: افت‌وخیزهای کوانتومی جهان پیش از تورم هنگامی که تا مقیاس کیهانی بزرگ شد، هستهٔ رشد ساختارهای کیهانی را پدید آورد. اگر نظریه تورمی کیهان‌شناسی درست باشد، این معنا را می‌دهد که کیهان بسیار بزرگ‌تر از آنچه است که تصور می‌شود و احتمالاً به همان اندازه هم پیرتر از سن کنونی است که برای آن در نظر می‌گیریم، و تنها یک بیگ بنگ را به‌خود ندیده است بلکه تا به حال شاهد بینهایت از بیگ بنگ‌ها بوده است.
برای به تصویر کشیدن قدرت دوره زمانی تورمی، بادکنکی را تصور کنید که کهکشان‌ها بر روی سطح آن نقاشی شده‌اند و به‌سرعت در حال باد شدن (انبساط) است. فرض کنید کل جهان ما، مملو از ستارگان و کهکشان‌ها، تماماً بر روی سطح این بادکنک قرار گرفته‌اند. آنچه از این جهان برای ما قابل مشاهده است، به اندازه یک دایره میکروسکوپی روی بادکنک است. نسبت جهان واقعی به جهان قابل مشاهده توسط ما، برابر است با نسبت سطح کل بادکنک به سطح یک دایره میکروسکوپی. این دایره کوچک بیانگر جهان مرئی است، یعنی تمام آنچه ما با تلسکوپ‌های خود می‌بینیم. به بیان دیگر، انبساط تورمی آن‌قدر شدید بوده است، که فراتر از جهان مرئی ما، مناطق دست نخورده‌ای وجود دارند که برای همیشه فراتر از دسترس ما باقی خواهند ماند. این تورم در حقیقت آن‌قدر عظیم بوده است، که سطح بادکنکی اطراف ما تخت و صاف به‌نظر می‌آید. این حقیقی است از نظر تجربی به‌وسیله ماهواره WMAP و پلانک مشخص شده است. همان‌طور که زمین برای ما، بدلیل کوچک بودن ابعادمان در مقایسه با ابعاد زمین، تخت به‌نظر می‌رسد، به‌همین ترتیب جهان نیز تخت به‌نظر می‌رسد، تنها با این توضیح که در مقیاس بسیار بزرگ‌تری به شکل منحنی است.
انبساط و تورم ناگهانی کیهان را می‌توان به یک بادکنک عظیم کیهانی تشبیه کرد. در این مثال دور شدن کهکشان‌ها از همدیگر نه به‌خاطر حرکت آن‌ها روی این بادکنک، بلکه به‌واسطه انبساط خود بادکنک صورت می‌گیرد. به‌همین دلیل هر چه فاصله کهکشان‌ها روی این بادکنک بیشتر باشد، با سرعت بیشتری هم از همدیگر دور می‌شوند.
نظریه تورمی به‌منظور توجیه خصوصیات قابل مشاهده کیهان مطرح شد و تا به‌حال نیز بسیار موفق بوده است. برای مثال می‌توان از بررسی ماهیت امواج پس زمینه کیهانی نام برد که کیهان‌شناسان آن را به‌علت گرمای کیهان در زمان بیگ بنگ تفسیر می‌کنند، این امواج با استفاده از ماهواره‌های کوبه، WMAP و پلانک با دقتی بی‌نظیر انجام شد و ستاره‌شناسان با توجه به اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی که از این پرتوها داشتند، دریافتند که این پرتوها با شدتی یکسان و با دقتی باور نکردنی و در حدود ۰،۰۰۱ درصد، از تمامی جهات به زمین می‌رسند. با ردیابی گذشته‌ی پرتوها و بازگشت در زمان، کیهان‌شناسان به این نتیجه می‌رسند که دما و چگالی ماده در کیهان نیز می‌بایست با دقتی در همین حدود، در زمان گسیل این پرتوها در حدود ۳۰۰ هزار سال بعد از بیگ بنگ یکنواخت و همگن باشد. بدون نظریه تورمی، این یکنواختی و همگنی تا به این اندازه زیاد که باید در نظر بگیریم، قابل توجیه نیست. محاسبات نشان می‌دهد که بدون تورم کیهان زمان کافی را برای این‌که چنین همگنی و یکنواختی در آن رخ دهد ندارد. بنابر این چیزی را که به اجبار باید در نظر بگیریم این است که کیهان بدون هیچ توضیحی از آغازش یکنواخت و همگن بوده است.
نظریه تورمی توجیه لحظه بیگ بنگ می‌باشد، این نظریه بر پایه یک فرضیه بر گرفته شده از فیزیک نوین ذرات بنا شده است که بیان می‌کند، ذرات در چگالی بالا می‌توانند به‌طور شگفت‌انگیزی گرانش را از سر خود باز کنند، به این معنا که باعث شوند که گرانش بر خلاف خاصیت جاذبه‌ی خود حالت دافعه‌ای داشته باشد. در نظریه تورمی، همگنی جهان در همان لحظات ابتدایی و قبل از تورم رخ می‌دهد. در آن زمان محدوده جهان (که شروع به همگن شدن همانند آنچه که مشاهده شده است می‌کند) بسیار کوچک بوده است (بیش از یک میلیارد کوچک‌تر از اندازه یک پروتون) و برای حجمی تا این حد کوچک زمان زیادی برای رخ‌دادن همگنی وجود داشته است در مقایسه با فرآیندهایی که اکنون می‌شناسیم مانند هوایی که در اتاق حرکت می‌کند و با انتشار خود حالت یکنواختی را در اتاق به‌وجود می‌آورد. بعد از این همگنی، تورم باعث انبساط جهان تا به اندازه‌ای شد، که بتواند تمامی کهکشان‌ها و ستارگانی را که اکنون آن‌ها را می‌بینیم در خود جا دهد.
نظریه تورمی تنها همگنی را که در امواج پس زمینه کیهانی می‌بینیم توجیه نمی‌کند بلکه این نظریه همچنین می‌تواند خصوصیات آماری اختلاف بسیار کم در شدت امواج پس زمینه که توسط ابزارهای بسیار دقیقی که حتی نوسانات کمتر از ۰،۰۰۱ را نیز ثبت می‌کنند، را نیز توضیح دهد. دافعه گرانشی خلا کاذب (که باعث تورم شده است) به اندازه‌ای قدرتمند است که انبساط سریع و باور نکردنی را به‌وجود می‌آورد و وسعت جهان در مدت زمان ۱۰-۳۷ ثانیه به دو برابر افزایش می یابد و در ۱۰-۳۷ ثانیه بعد نیز وسعت جهان باز هم دو برابر می‌شود و جهان مادامی که خلا کاذب باقی مانده است هر ۱۰-۳۷ ثانیه به دو برابر شدن خود ادامه می‌دهد اما خلا کاذب ناپایدار است و در نهایت در برهه‌ای از بین رفته و انرژی خود را تبدیل به ذرات مادی می‌کند. از این نقطه به بعد این نظریه با مدل استاندارد بیگ بنگ آتشین هم رای است.
بر طبق محاسبه ماهواره پلانک سرعت انبساط کیهان که برابر ثابت هابل شناخته می‌شود، برابر سرعت شگفت‌انگیز ۶۷،۱۵ مثبت/منفی ۱،۲ کیلومتر در ثانیه در مگا پارسک است. (پارسک یک واحد اخترشناسی است و تقریباً برابر ۳،۲۶ میلیون سال نوری است).
در مطالعه نظریاتی مانند نظریه تورمی، کیهان‌شناسان فرض می‌کنند که قوانین فیزیک در این جهان‌های چندگانه یکسان است. کیهان‌شناسان در واقع هیچ راهی برای فهمیدن این که آیا به‌راستی این‌گونه است یا خیر ندارند اما هدف آن‌ها مطالعه نتایج قوانین فیزیک به‌همین نحوی است که آن‌ها را می‌شناسیم و نه اندیشیدن بیهوده در مورد قوانین جهان‌های دیگر. با این حال، این احتمال وجود دارد که جهان‌های دیگر متفاوت از جهانی که خودمان در آن زندگی می‌کنیم باشند.
در حالی که فضای تهی خالی از هرگونه ویژگی در نظر گرفته می‌شد، در فیزیک نوین ذرات، فضای تهی، که خلا نیز نامیده می‌شود، مقوله‌ای بسیار پیچیده است. زوج‌های ماده – پاد ماده به‌طور پیوسته در آن ظاهر و ناپدید می‌شوند و خود فضا نیز به قسمت‌های کمتر شناخته‌شده‌ای به‌نام «حباب‌های ریز کوانتمی» تقسیم می‌شود که اگر به اندازه‌ی کافی بزرگ‌نمایی داشته باشیم (به اندازه‌ی ۱۰-۳۶) قابل مشاهده هستند. به دلیل این پیچیدگی، فیزیکدانان نمی‌دانند که آیا فقط یک نوع از فضاهای تهی (خلا) پایدار است یا این‌که چند نوع هستند. انواع دیگر فضاهای تهی نمی‌توانند ۳ بعدی باشند، و احتمالاً آن‌ها جرم ذرات مادی و نیروی‌هایی که بر رفتارهای آن‌ها حکمرانی می‌کنند، را دگرگون می‌کنند. اگر انواع مختلفی از فضاها وجود دارند، چرخه‌ی بینهایت جهان‌ها (جهان‌های جبابی) می‌توان معیاری برای تمامی احتمالات ممکن باشد.
از همان روزهای ابتدایی که نظریه‌ی کوانتوم مطرح شد تا امروز هیچ ایده‌‌ی یا راه‌حلی نتوانسته بین کوانتوم و نسبیت اتحاد و یگانگی ایجاد کند. نظریه‌ی کوانتوم دنیای ریزاتم‌ها و سه نیروی هسته‌ای قوی و ضعیف و الکترومغناطیس را می‌کاود و نسبیت به بررسی گرانش و رفتار بزرگ‌ترین اجرام در عالم می‌پردازد. اما در این میان پل ارتباطی شگفت‌انگیزی وجود دارد که برای نخستین‌بار وجود آن به تازگی توسط دانشمندان، توسط امواج گرانشی بیگ بنگ تأیید شده است.
[↑] يادداشت‌ها
يادداشت ۱: اين مقاله برای دانشنامهی آريانا توسط مهدیزاده کابلی ارسال شده است.
[↑] پی‌نوشت‌ها
[۱]-
[٢]-
[↑] جُستارهای وابسته
□
□
□
[↑] سرچشمه‌ها
□ نظریه‌ی تورم کیهان، وب‌سایت علمی بیگ بنگ
