دیدار آدینه ۲۶
کد خبر: ۷۷۶۰۵
۱۹:۲۵ - ۲۱ آذر ۱۳۹۹

تیتر امروز

دیدارنیوز _ سروش زمانی مقدم: هرچند که در جهان امروز، تورم به عنوان یک عامل منفی تاثیرگذار بر اقتصاد جوامع و انسان‌ها شناخته می‌شود، اما در کیهانشناسی، غالبا از نظریه "جهان تورمی"، به عنوان عاملی نجاتبخش برای حل برخی از مهم‌ترین مشکلات پیش روی کیهانشناسان یاد شده و این نظریه به عنوان عامل پیشرفت رو به جلو در برون رفت از برخی مشکلات اساسی و پایه‌ای کیهانشناسی شناخته می‌شود. در ادامه ابتدا به بحثی مختصر در ارتباط با این مشکلات می‌پردازیم و سپس به معرفی "نظریه فاز تورمی" جهان پرداخته و راهکار تقریبا رضایت بخش آن را به طرز ساده‌ای معرفی خواهیم کرد.


از میان مسایل بحث برانگیز در تلاش برای درک عالم، عموما دو پرسش اساسی همواره ذهن کیهانشناسان را درگیر خود کرده است.


مشکل اول در واقع مرتبط با هندسه عالم است و اصطلاحا مساله "تخت بودن عالم" و یا "همگنی عالم" نامیده می‌شود. این بدان مفهومست که صرفنظر از جهت نگریستن ما به عالم، تقریبا یک چیز را مشاهده خواهیم کرد. در واقع چگالی ماده و آهنگ انبساط عالم با تنظیم ظریفی، به ظاهر تقریبا در موازنه و تعادل کامل هستند، بطوری که حتی پس از گذشت حدود چهارده میلیارد سال از عمر کیهان، در صورتی که کوچکترین تفاوت و یا جزئی‌ترین تغییراتی در اندازه آن‌ها وجود داشت، با گذشت این زمان، باید اختلاف معناداری را بین آن‌ها ایجاد میکرد. اما آخرین یافته‌های ماهواره WMAP قبل از دوران بازنشستگی اش، گواه آنست که اینطور نیست و این یافته‌ها بیشتر دلالت بر تخت بودن کیهان دارند. در واقع بر طبق نظریه نسبیت عام می‌دانیم که جرم و انرژی فضا-زمان را خمیده می‌کنند، بنابراین برای این که هندسه جهان غیر خمیده و تخت باشد، باید مجموع جرم سیارات، ستاره ها، کهکشانها، خوشه‌ها و در نهایت هر چه که در این عالم هست به اندازه‌ای باشد که باعث تخت شدن عالم بشود.


از طرفی بر طبق محاسبات نظری، مجموع اجرام شناخته شده عالم، به قدری نیست که بتواند هندسه عالم را تخت کند. اما همانطور که ذکر شد، نتایج اطلاعات ماهواره WMAP، در تناقض با محاسبات کیهانشناسان، نشان داده است که جهان تخت است. جهانی عجیب که گویا نه "باز" است و نه "بسته"؛ بنابراین در این بین برخی متخصصین، سرنخ حل این کمبود اجرام گمشده لازم و البته نامرئی را همان بحث "ماده تاریک" و "انرژی تاریک" می‌دانند و معتقدند که در صورتی که میزان ماده و انرژی تاریک ناشناخته را در محاسبات دخیل کنند، احتمالا به اندازه کافی جرم و انرژی برای برقراری این موازنه و در نهایت تخت کردن هندسه عالم خواهند داشت؛ بنابراین کیهانشناسان به دنبال توضیحی برای هندسه تخت عالم هستند.

اما تا قبل از شناخت ماده و انرژی تاریک در کیهان که خود نیز مساله دشوار دیگریست، چنین دست پرسش‌هایی مطرحست که آیا واقعا تغییراتی بین چگالی ماده و آهنگ انبساط عالم وجود نداشته است؟ چرا این تغییرات در صورت وجود، در این مقیاس زمانی رشد نکرده اند؟ آیا به واقع علت ناشناخته‌ای این تفاوت را متعادل کرده است؟

مشکل دوم عموما در بین متخصصان به "مساله افق" مشهورست. ساده‌ترین شکل بیان فنی این مساله آنست که چرا "تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی" یا به اختصار"CMBR"صرفنظر از برخی ناهمسانگردی‌های ریز مقیاس، اصولا در همه جهات‌ها دمای یکسانی دارد.


برای فهم این مشکل لازمست کمی مساله را بازتر بررسی کنیم.
می‌دانیم که به جهت محدود بودن سرعت نور، نگاه کردن به فضا، در واقع نگاه به گذشته عالم است. از طرفی با توجه به برآورد‌های امروزی که پیشتر ذکر شد، عمر امروزین عالم را کمی کمتر از چهارده میلیارد سال تخمین می‌زنیم و این در حالیست که بخاطر انبساط خود عالم، می‌دانیم که شعاع عالم شناخته شده، بیش از چهارده میلیارد سال نوریست؛ بنابراین فعلا هیچ راهی برای برقراری ارتباط با نقاط دورتر از این شعاع در عالم و شناخت آن‌ها نداریم. حال فرض کنیم که با تلسکوپ‌های قوی خود، تابش پس زمینه کیهانی نقطه‌ای در عالم را با شعاع چهارده میلیارد سال نوری، که آن را نقطه اول مینامیم، رصد کنیم. از طرفی با نظر افکندن به جهت مخالف نقطه اول، اینبار CMBR را در نقطه مقابل و به فاصله چهارده میلیارد سال نوری از خود، و بیست و هشت میلیارد سال نوری از نقطه اول که آن را نقطه دوم مینامیم، رصد می‌کنیم و شگفتا که دقیقا همان تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی را مشاهده می‌کنیم! این بدان معناست که اگر کیهان را همچون یک محفظه فر گاز در نظر بگیریم، گویا این تابش در کل آن پخش شده و اطلاعات گرمایی به نوعی بین دو نقطه اول و دوم مبادله شده است و اصطلاحا آن‌ها را همدما کرده است. اما دقت کنیم که فاصله بین دو نقطه اول و دوم مدنظر ما در شعاع در نظر گرفته شده از عالم، حدود بیست و هشت میلیارد سال نوریست و بنابراین این دو نقطه نمی‌توانسته اند در کل عمر عالم، با هیچ وسیله‌ای با هم ارتباط داشته و همدما شوند.

 

و بنابراین اگر راهی برای انتقال گرما بین آنها وجود نداشته است، این دو نقطه اصولا چگونه همدما شده اند!؟ این همان چیزیست که "مساله افق" نامیده می‌شود.

در این بین در دهه نود میلادی اخترفیزیکدانی به نام آلن گات در نسخه اولیه خود و بعدها آندره لینده، آندریاس آلبرشت و پل استینهارت، نسخه های تکمیل یافته تر دیگری را با نام عالم تورمی و انبساط سریع، عرضه کردند و با تغییراتی که در نظریه بیگ بنگ ایجاد کردند، سعی کردند که برای مشکلات ذکر شده راه حلی ایجاد کنند.

بر طبق نظریه تورمی عالم، کل جهان از ناحیه کوچکی که کلیه نقاط آن به هم وابسته‌ بوده اند آغاز شده، و پس از آن در کسر کوچکی از ثانیه پس از بیگ بنگ، یعنی در حدود اولین یک تریلیون تریلیونیم ثانیه، مکانیسم و نیروی ناشناخته ای، باعث انبساط جهان شده است و جهان در بازه زمانی بسیار بسیار کوتاهی، با ضریب غیر قابل تصور حدود10⁵⁰انبساط یافته است.

بنابر فرضیه تورم، نقاط اول و دوم فرضمان و کلیه نواحی مختلفی که میبینیم، پیشتر به اندازه کافی نزدیک بوده و با هم در ارتباط بوده اند و سپس پس از تورم کیهان، و بوقوع پیوستن چنان انبساط سریعی، در نهایت چنین عالم مرئی را تشکیل دادند. بدون فرضیه تورم، چنین یکنواختی و همگنی تا به این اندازه زیاد، قابل توضیح نیست چرا که بدون تورم، کیهان زمان کافی و لازم را برای آنکه چنین همگنی و یکنواختی در آن ایجاد شود را نداشته است.

همچنین فرض برآنست که تورم، بافت عالم را به مانند یک بادکنک با سطح چروک و بی نظم، آنچنان باد کرده و باعث انبساطش شده است که سطح قابل رویت آن را برای ما صاف و بدون خمیدگی کرده است. بدینسان تورم درباره اینکه چرا جهان تخت، همگن و همسانگرد است، در حالی که اصولا می بایست به شدت خمیده و ناهمگن می بود پاسخگوست.

در واقع همانطور که بیان شد، جهان نوزاد، تنها در اولین لحظات عمرش، دچار چنان تحولاتی شد که یکباره اندازه آن با ضریب بسیار بزرگی که ذکر شد، بزرگتر از اندازه قبلی اش شد. بنابراین، جهان احتمالا قبل از این فاز تورمی دارای خمیدگی بوده است و سپس در بازه فاز تورمی خود، آنچنان رشد کرد که ما، هراندازه هم که توانسته ایم با عمق بیشتری در فضا نگاه کنیم، هرگز قادر نبوده‌ایم انحنایی را در آن مشاهده کنیم.

بنابراین در مدل تورمی از عالم، لازم است تا چگالی ماده در جهان بسیار به حد بحرانی، که موجب بوجود آمدن یک جهان تخت میشود، نزدیک باشد.

برای فهم بهتر مطلب باز هم به مثال بادکنک خود باز میگردیم. با فرض آنکه کل جهان ما، بر روی سطح این بادکنک قرار گرفته باشد، آنچه از جهان برای ما قابل مشاهده است، به اندازه یک دایره ای کوچک روی بادکنک است. بنابراین نسبت جهان قابل مشاهده توسط ما، به جهان واقعی برابر است با نسبت سطح دایره بسیار کوچک مذکور به سطح کل بادکنک.
حال بنابر نظریه تورمی، این ضریب انبساط آنقدر شدید و سریع بوده است، که سطح بادکنک اطراف ما یا همان بافت فضا-زمان قابل رویت برای ما، تخت و غیرخمیده به نظر می آید و همانطور که زمین نیز برای ما، بدلیل کوچک بودن ابعادمان در مقایسه با ابعاد آن، تخت به نظر می‌رسد، به همان ترتیب جهان نیز تخت به نظر می‌رسد، حال آنکه احتمالا در مقیاس بسیار بزرگتر، می بایست خمیده باشد.

تورم علاوه بر حل مسائل تخت بودن و مساله افق، منشائی برای ساختار بزرگ ‌مقیاس کیهان قابل مشاهده کنونی نیز فراهم می‌کند. به دلیل عدم قطعیت کوانتومی، افت ‌و خیزهای بسیار کوچک کوانتومی انرژی در جهان پیش از تورم و همچنین در فاز تورمی جهان، به عنوان خاستگاه به هم پیوستن ماده و ایجاد ساختارهای اولیه برای تشکیل ساختارهای بزرگ مقیاس کیهانی در نظر گرفته می‌شود.

در انتها باید به مشکلات این نظریه، در کنار همه دستاوردهای جالب آن نیز اشاره کرد. علیرغم همه زیبایی این نظریه، هنوز همانطور که ذکر شد، مکانیسم و علت دقیق شروع دوره تورمی عالم و همچنین اتمام این فاز در عالم مشخص نیست و بهمین دلیل علیرغم در نظر گرفتن میدان اسکالری با نام "میدان اینفلاتون"، و همچنین فرض وجود "ذره اینفلاتون" برگرفته از نام تورم یا همان"Inflation" برای داشتن یک توضیح نظریه میدانی از تورم کیهان، هنوز جنبه های فنی بسیاری از این نظریه بی پاسخ است و لذا برخی نظریه پردازان همزمان به دنبال نظریه های پاسخگوی جایگزین دیگر نیز می‌گردند که در آینده در مورد آنها بیشتر صحبت خواهیم کرد.
ارسال نظرات
نام:
ایمیل:
نظر: