جدید ترین عناوین خبری امروز
Registering new users is currently not allowed.
کیهان در ابتدای پیدایش دوران پر شتابی را طی کرده است

نظریه تورم کیهانی چیست؟

مدل تورمی از ایده‌های فیزیک کوانتوم و فیزیک ذرات استفاده می‌کند تا لحظات اولیه‌ی پیدایش کیهان پس از مه بانگ (بیگ بنگ) را توصیف نماید. طبق مدل تورمی، کیهان در یک حالت انرژی ناپایدار آغاز شد، که موجب یک انبساط بسیار سریع در لحظات اولیه کیهان شده است. یک نتیجه‌ی این اتفاق آن است که کیهان بسیار بزرگ‌تر از آنچه پیش‌بینی می‌شد بدست می‌آید، و بسیار بزرگ‌تر از اندازه‌ای است که با تلکسوپ‌ها قادر به مشاهده هستیم. نتیجه دیگر آن این است که نظریه تورم برخی خواص دیگر را نیز پیش‌بینی می‌کند- مثل توزیع یکنواخت انرژی و هندسه تخت فضا زمان- که قبلا در چارچوب نظریه انفجار بزرگ توضیح داده نمی‌شد.

نظریه تورم در دهه ۱۹۸۰ توسط فیزیکدان ذرات الِن گوت (Alan Guth) توسعه داده شد، و امروزه به عنوان بخشی از نظریه انفجار بزرگ که مورد قبول عمومی فیزیکدانان است پذیرفته شده است، اگرچه ایده‌های اصلی انفجار بزرگ سال‌ها قبل از نظریه تورمی تثبیت شده بود.

ریشه‌های نظریه تورم

نظریه مه بانگ (انفجار بزرگ) سال‌ها کاملا موفق بود، به ویژه بعد از تأیید کشف تابش پس زمینه کیهانی (CMB) . علیرغم موفقیت‌های بزرگ این نظریه در توصیف کیهان، اما این نظریه دچار مشکلات اساسی بود. از جمله این مشکلات به مهم‌ترین آن‌ها می‌توان اشاره نمود:

  • مسأله همگنی: چرا کیهان به طرز شگفت آوری درست یک ثانیه پس از مه بانگ یکنواخت و همگن بوده است؟
  • مسأله تختی: چرا هندسه کیهان تا این حد تخت است؟
  • تک قطبی مغناطیسی: مقدار پیش‌بینی شده تولید تک قطبی‌های مغناطیسی در مدل بیگ بنگ با مشاهدات تطابق ندارد.

به نظر می‌رسید مدل مه بانگ یک کیهان دارای انحنا که توزیع انرژی در آن یکنواخت نیست پیش‌بینی می‌کند، و در این کیهان تعداد زیادی تک قطبی مغناطیسی وجود دارد که هیچ‌کدام با شواهد رصدی سازگار نیستند.

فیزیکدان ذرات آلن گوت اولین بار در۱۹۷۸ طی سخنرانی رابرت دیکی (Robert Dicke) در دانشگاه کرنل با مسأله تختی در کیهان‌شناسی آشنا شد. طی چند سال بعد، گوت مفاهیم فیزیک ذرات را برای این مسأله به کار برد و مدلی تورمی را برای توصیف کیهان اولیه توسعه داد.

گوت یافته‌های خود را در ۲۳ ژانویه ۱۹۸۰ در مرکز شتاب‌دهنده خطی استنفورد (SLAC) ارائه داد. ایده انقلابی وی این بود که اصول فیزیک کوانتومی که در قلب فیزیک ذرات وجود دارد می‌تواند برای توصیف لحظات اولیه پس از مه بانگ به کار رود. کیهان با چگالی انرژی بسیار بالایی ایجاد شده است. قوانین ترمودینامیک الزام می‌کنند که چگالی بالای کیهان موجب انبساط بسیار شدیدی شده است.

این انبساط چقدر سریع بوده است؟

دوره تورمی زمانی شروع شد که سن کیهان فقط ۱۰^-۳۶ ثانیه بود و در زمانی که سن کیهان به اندازه ۱۰^-۳۲ ثانیه رسیده بود، تورم کیهانی نیز به پایان رسید. طی دوره تورم هر ۱۰^-۳۵ ثانیه ابعاد کیهان دو برابر شده است. در پایان دوره تورمی کیهان ۱۰^۲۶ بار بزرگتر شده است، که این میزان انبساط برای توضیح مسأله تختی کافی است. حتی اگر کیهان در ابتدای انبساط دارای انحنا بوده باشد، انبساط به اندازه‌ای بوده است که کیهان امروز تخت باشد. قبل از آغاز تورم جهان مشاهده‌پذیر کوچکتر از ابعاد یک اتم بود، و پس از پایان تورم جهان به اندازه ۰٫۸۸ میلی‌ متر رسید. امروزه این ابعاد به اندازه ۹۳ میلیارد سال نوری است.

بطور مشابه، انرژی نیز بسیار یکنواخت توزیع شده است، وقتی انبساط شروع شد ما یک بخش بسیار کوچک از عالم بودیم، که با انبساط بسیار سریع کیهان اگر توزیع نایکنواخت بزرگی از انرژی وجود داشت، اکنون بسیار دورتر از آن است که ما بتوانیم آن را درک کنیم. این پاسخ مسأله همگنی است.

تورم آشوبناک و جهان‌های حبابی

دو نوع مرتبط به هم از نظریه تورم وجود دارد: تورم آشوبناک (Chaotic Inflation) و تورم ابدی (Eternal Inflation) که تفاوت‌های کوچکی با هم دارند. در این نظریه‌ها، مکانیزم تورمی تنها یک بار پس از مه بانگ رخ نداده است، بلکه بارها و بارها در نواحی مختلف از فضا و زمان رخ داده است. این نظریه‌ها تعداد فزاینده‌ای از جهان‌های حبابی (Bubble Universes) را به عنوان بخشی از چند جهانی پیش‌بینی می‌کنند. برخی فیزیکدان‌ها خاطرنشان می‌کنند که این پیش‌بینی‌ها در تمام نسخه‌های مدل تورمی وجود دارند، و نباید آن‌ها را نظریه‌های متمایزی به شمار آورد.
از آنجا که تورم یک مدل کوانتومی است، یک میدان برای تولید تورم در نظر گرفته می‌شود که میدان اینفلاتون یا ذره اینفلاتون نامیده شده است که هنوز وجود چنین میدانی تأیید نشده است.

در مدل تورمی، منشأ ساختارهای بزرگ مقیاس کیهانی در افت و خیزهای کوانتومی بسیار کوچکی نهفته است که که طی دوره تورمی در میدان اینفلاتون رخ داده‌اند. اثرات این افت و خیزهای بسیار کوچک در الگوی افت و خیزهای دمایی تابش ریزموج پس زمینه کیهانی (CMB) ثبت شده است. تلسکوپ WMAP توانست این افت و خیزهای بسیار کوچک و ناهمسانگردی دمایی الگوی تابش CMB را آشکارسازی کند و تأییدی برای مدل تورمی بدست آورد.

یکی از پیش‌بینی‌های بسیار مهم و کلیدی مدل تورمی، انتشار امواج گرانشی کیهان نخستین است . در سال ۲۰۱۴ یک گروه از دانشمندان که با استفاده از رصدخانه آشکارسازی قطبش تابش پس زمینه یعنی BICEP2 مشغول مطالعه تابش CMB بودند اعلام کردند که توانسته‌اند اثر وجود امواج گرانشی نخستین را در قطبش تابش CMB شناسایی کنند.

متأسفانه همان سال گروهی دیگر از محققان که با تلسکوپ فضایی Planck کار می‌کردند نشان دادند که سیگنال‌های شناسایی شده توسط تیم BICEP2 در واقع ناشی از گرد و غبار میان ستاره‌ای درون کهکشان راه شیری بوده است. بدین ترتیب کشف امواج گرانشی پیش بینی شده در مدل تورمی همچنان از دسترس بشر در گریز است.

مدل بیگ بنگ یکی در توصیف پیدایش کیهان موفقیت‌های بسیاری داشته است اما دچار نقصان‌هایی بود که با مدل تورمی این مشکلات برطرف شد. اگرچه مدل تورمی نیز سؤالات بی پاسخی دارد که برای ارائه یک تصویر نهایی از کیهان می‌بایست این سؤالات پاسخ داده شوند.

به اشتراک بگذارید
دیدگاه ها 0

دیدگاه بگذارید

avatar
  Subscribe  
Notify of