فهرست مندرجاتکیهانشناسی
(نظریه‌ی تورمی جهان)
[قبل] [بعد]
[↑] نظریه‌ی تورمی جهان
اگر نظریه تورمی کیهان‌شناسی درست باشد، این معنا را می‌دهد که کیهان بسیار بزرگ‌تر از آنچه است که تصور می‌شود و احتمالاً به‌همان اندازه هم پیرتر از سن کنونی است که برای آن در نظر می‌گیریم، و تنها یک مهبانگ را به‌خود ندیده است بلکه تا به‌حال شاهد بی‌نهایت از مهبانگ‌ها بوده است.
نظریه تورمی به‌منظور توجیه خصوصیات قابل مشاهده کیهان مطرح شد و تا به‌حال نیز بسیار موفق بوده است. برای مثال می‌توان بررسی ماهیت امواج پس زمینه کیهانی نام برد که کیهان‌شناسان آن را به‌عنوان پس فروزشی (تابشی) به‌علت گرمای کیهان در زمان بیگ بنگ تفسیر می‌کنند.
منجمان با توجه به‌اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی که از این پرتوها داشتند، دریافتند که این پرتوها با شدتی یکسان و با دقتی باور نکردنی و در حدود ۰،۰۰١ درصد، از تمامی جهات به‌زمین می‌رسند.با ردیابی گذشته‌ی پرتوها و بازگشت در زمان، کیهان‌شناسان به‌این نتیجه می‌رسند که دما و چگالی ماده در کیهان نیز می‌بایست با دقتی در همین حدود، در زمان گسیل این پرتوها (در حدود ٣۰۰۰۰۰ سال بعد از بیگ بنگ) یکنواخت و همگن باشد.
بدون نظریه تورمی، این یکنواختی و همگنی تا به‌این 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.بنابراین، چیزی را که به‌اجبار باید در نظر بگیریم این است که کیهان بدون هیچ توضیحی از ابتدی آغازش یکنواخت و همگن بوده است.
در کل حالت کلاسیک نظریه مهبانگ بر خلاف نامش، واقعاً یک نظریه برای توضیح مهبانگ نیست بلکه بیشتر به‌پیامد‌ها و اثرات مهبانگ می‌پردازد.این نظریه بیان می‌کند که چگونه جهان نو بنیاد، داغ و چگال اولیه گسترش پیدا می‌کند و از گرمای خود می‌کاهد و یا چگونه عناصر سبک اولیه در طول انبساط کیهان با یکدیگر ترکیب می‌شوند و یا چه طور ماده به‌وجود می‌آید تا کهکشان‌ها و ستارگان را بنا نهد، اما این نظریه چیزی برای گفتن در مورد این‌که هسته‌ی اولیه مهبانگ چه بود و این‌که چه چیزی باعث شد که مهبانگ رخ دهد، ندارد. به‌علاوه محاسباتی نیز در مورد همگنی کیهان ارائه نمی‌دهد.
اما در مقابل، نظریه تورمی توان توجیه لحظه مهبانگ[۱] را دارد. این نظریه بر پایه یک فرضیه بر گرفته شده از فیزیک نوین ذرات بنا شده است که بیان می‌کند که ذرات در چگالی بالا می‌توانند به‌طور شگفت‌انگیزی گرانش را از سر خود باز کنند، به‌این معنا که باعث شوند که گرانش بر خلاف خاصیت جاذبه‌ی خود حالت دافعه داشته باشد. (خطوط ژئودزیک به‌جای همگرایی در یک نقطه، پس از همگرایی در یک محدوده، واگرا می‌شوند)
به دلایلی که خارج از موضوع این مقاله است به‌این حالت از ماده خلا کاذب گفته می‌شود.نظریه تورمی بیان می‌کند که انبساط جهان که امروزه شاهد آن هستیم نتیجه‌ی دافعه گرانشی این خلا کاذب است که جهان را در لحظات بسیار کوچک آغازین در بر داشته است.
در نظریه تورمی، همگنی جهان در همان لحظات ابتدایی و قبل از تورم رخ می‌دهد. در آن زمان محدوده جهان (که شروع به‌همگن‌شدن 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 به‌اندازه‌ای 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،۰۰١ را نیز ثبت می‌کنند، را نیز توضیح دهد.
مادامی‌که که نظریه تورمی می‌بایست برپایه پیشگویی‌هایش در مورد خصوصیات قابل مشاهده جهان محک خورده و مورد قضاوت قرار گیرد، کنجکاوی باعث می‌شود که از خود بپرسیم این نظریه چه‌چیزی را در مورد جهان بیان می‌کند؟ پاسخ این سوال نا مانوس به‌نظر می‌رسد.
دافعه گرانشی خلا کاذب (که باعث تورم شده است) به‌اندازه‌ای قدرتمند است که انبساط سریع و باور نکردنی را به‌وجود می‌آورد و وسعت جهان در مدت زمان ۱۰-۳۷ ثانیه به‌دو برابر افزایش می‌یابد 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 به‌دوبرابر شدن خود ادامه می‌دهد اما خلا کاذب ناپایداراست و در نهایت در برهه‌ای از بین رفته و انرژی خود را تبدیل به‌ذرات مادی می‌کند. از این نقطه به‌بعد این نظریه با مدل استاندارد بیگ بنگ آتشین[٢] هم رای است. انبساط چشمگیر این نظریه اشاره بر این موضوع دارد که وسعت جهان بیش از آن است که تصور می‌شود بنا براین قسمت‌های مشاهده شده جهان صرفاً مانند لکه‌ای هستند در یک فضای بزرگ‌تر.
اما تمامی داستان بسیار پیچیده‌تر از این است. خلا کاذب ناپایدار است و در بیشتر مدل‌های این نظریه مانند مواد رادیو اکتیو شروع به‌واپاشی می‌کند همانند اورانیم.این واپاشی توسط نیمه عمر توضیح داده می‌شود به‌این معنا که نیمی از خلا کاذب بعداز سپری شدن اولین زمان نیمه عمر باقی می‌مانند و یک چهارم مقدار اولیه بعد از سپری شدن دومین زمان نیمه عمر و به‌همین تزتیب تا به‌آخر اما بر خلاف مواد رادیو اکتیو، خلا کاذب همراه با واپاشی منبسط نیز می‌شود و سرعت منبسط شدن بیشتر از واپاشی خلا کاذب است. به‌نظر می‌آید که نیمه از مقدار اولیه خلا کاذب پس از سپری‌شدن یک نیمه عمر باقی بماند اما این مقدار خلا کاذب حجمی بیشتر از مقدار اولیه خود دارد.خلا کاذب هیچگاه ناپدید نمی‌شود بلکه به‌جای آن همواره حجم آن به‌صورت نامحدود افزایش می‌یابد.قسمت‌های مختلف پهنه خلا کاذب به‌طور نامنظم واپاشی می‌کنند و جهان‌های «حبابی» جدید را در فرآیندی همواره رو به‌رشد تولید می‌کنند. جهان ما تنها یکی از جهان‌های برخاسته از گروهی بی‌نهایت از این حباب‌هاست.
نمواردی که در بالا مشاهده می‌کنید مدل ساده شده‌ای است که نشان می‌دهد سیر تکاملی حباب‌ها و خلا کاذب چگونه است. ردیف بالا حجم خلا کاذب را به‌تصویر می‌کشد و ردیف دوم همان منطقه را بعد از سپری شدن یک نیمه عمر نشان می‌دهد.در رسم تصاویر هر مرحله ۴ برابر بزرگ‌تر فرض شده که در واقعیت می‌تواند بیشتر از این مقدار نیز باشد.ردیف دوم ناحیه‌ای از خلا کاذب را نشان می‌دهد که واپاشی کرده است و تبدیل به‌جهان‌های حبابی شده است و دو قسمت از خلا کاذب که همچنان باقی مانده‌اند. هر کدام از دو قسمت خلا کاذب باقی مانده حجمی معادل خلا کاذب اولیه دارند. ردیف سوم قسمتی را نشان می‌دهد که بعد از نیمه عمر دوم واپاشی کرده است و دو جهان حبابی دیگر که از خلا کاذب ردیف دوم شکل گرفته‌اند به‌همراه ۴ منطقه خلا کاذب دیگر که هر کدام حجمی برابر خلا کاذب نخستین دارند.این چرخه همواره ادامه خواهد داشت.خلا‌های کاذب در هم می‌شکنند پس به‌ندرت مشاهده‌گری بتواند چیزی بیش از احتمال قابل صرف نظری برای دیدن نشانه‌ای از وجود آن‌ها داشته باشد.با این حال، درک چرخه‌ی بی‌نهایت جهان‌ها به‌منظور محاسبه آماری از خصوصیات جهان خودمان، که به‌نوعی شاخه‌ای از این فرآیند است، لازم به‌نظر می‌رسد.
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 حالی‌که 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 به‌قسمت‌های کمتر شناخته شده‌ای به‌نام «حباب‌های ریز کوانتمی» تقسیم می‌شود که اگر به‌اندازه‌ی کافی بزرگ‌نمایی داشته باشیم (تا اندازه‌های ۱۰-۳٦) قابل مشاهده هستند. به‌دلیل 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 ٣ بعدی باشند، و احتمالاً آن‌ها جرم ذرات مادی و نیروی‌هایی که بر رفتار‌های آن‌ها حکمرانی می‌کنند، را دگرگون می‌کنند.اگر انواع مختلفی اگر فضا‌ها وجود دارند، چرخه‌ی بی‌نهایت جهان‌ها (جهان‌های جبابی) می‌توان معیاری برای تمامی احتمالات ممکن باشد.
[↑] يادداشت‌ها
يادداشت ۱: اين مقاله برای دانشنامهی آريانا توسط مهدیزاده کابلی ارسال شده است.
[↑] جُستارهای وابسته
□
□
□
[↑] سرچشمه‌ها
□ نظریه‌ی تورمی جهان، ترجمۀ تیم ترجمه‌ی شبکه‌ی فیزیک هوپا (انجمن فیزیکدانان جوان ایران)
