نظریه “تورم کیهان”

بیگ بنگ: همزمان که تصویر قدیمی جهان به کناری نهاده می شود، تصویری جدید از کیهان شناسی شکل می گیرد. در جدیدترین رمز کشایی کیهان ، دانشمندان امواج گرانشی نخستین لحظات تولد کیهان 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 را تایید می کند که دانشمندان بعد از گذشت تقریباً ۱۳٫۸۲ میلیارد سال، توانستند آن را آشکار کنند. نظریه تورم معتبرترین و برجسته ترین نظریه ای است که صورت صحیح شده ای از نظریه بیگ بنگ بشمار می رود. این نظریه اولین بار در سال ۱۹۸۰ از سوی فیزیکدانی با نام آلن گوث، از دانشگاه MIT ، مطرح شد.

Alan-Guthتصویری از آلن گوث کسی که نظریه تورمی جهان را پیشنهاد داده است.

به گزارش بیگ بنگ، پیامد مستقیم تورم این است که کل جهان از ناحیهٔ کوچکی آغاز شده که به هم 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 حالی که بر پایهٔ بیگ بنگ و اصل کیهان‌شناختی جهان باید به شدت 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 کیهان شناسی درست باشد ، این معنا را می دهد که کیهان بسیار بزرگتر از آنچه است که تصور می شود و احتمالا به همان اندازه هم پیرتر از سن کنونی است که برای آن در نظر می گیریم ، و تنها یک بیگ بنگ را به خود ندیده است بلکه تا به حال شاهد بینهایت از بیگ بنگ ها بوده است.

برای به تصویر کشیدن قدرت دوره زمانی تورمی، بادکنکی را تصور کنید که کهکشان ها بر روی سطح آن نقاشی شده اند و به سرعت در حال باد شدن ( انبساط ) است. فرض کنید کل جهان ما، مملو از ستارگان و کهکشان ها، تماما بر روی سطح این بادکنک قرار گرفته اند. 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 تلسکوپ های خود می بینیم. به بیان دیگر ، انبساط تورمی آنقدر شدید بوده است، که فراتر از جهان مرئی ما، مناطق دست نخورده ای 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 به نظر می آید. این حقیقی است از نظر تجربی به وسیله ماهواره WMAP و پلانک مشخص شده است. همانطور که زمین برای ما، بدلیل کوچک بودن ابعادمان در مقایسه با ابعاد زمین، تخت به نظر می رسد، به همین  ترتیب جهان نیز تخت به نظر می رسد، تنها با این توضیح که در مقیاس بسیار بزرگتری به شکل منحنی است.

1.13379انبساط و تورم ناگهانی کیهان را می توان به یک بادکنک عظیم کیهانی تشبیه کرد. در این مثال دور شدن کهکشان ها از همدیگر نه بخاطر حرکت آنها روی این بادکنک، بلکه به واسطه انبساط خود بادکنک صورت می گیرد. به همین دلیل هر چه فاصله کهکشان ها روی این بادکنک بیشتر باشد، با سرعت بیشتری هم از همدیگر دور می شوند.

نظریه تورمی به منظور توجیه خصوصیات قابل مشاهده کیهان مطرح شد و تا به حال نیز بسیار موفق بوده است. برای مثال می توان از بررسی ماهیت امواج پس زمینه کیهانی نام برد که کیهانشناسان آن را به علت گرمای کیهان در زمان بیگ بنگ تفسیر می کنند، این امواج با استفاده از ماهواره های کوبه، WMAP و پلانک با دقتی بی نظیر انجام شد و ستاره شناسان با توجه به اندازه گیری های بسیار دقیقی که از این پرتو ها داشتند ، دریافتند که این پرتوها با شدتی یکسان وبا دقتی باور نکردنی و در حدود ۰٫۰۰۱ درصد، از تمامی جهات به زمین می رسند. با ردیابی گذشته ی پرتوها و بازگشت در زمان ، کیهان شناسان به این نتیجه می رسند که دما و چگالی ماده در کیهان نیز می بایست 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 وهمگنی تا به این اندازه زیاد که باید در نظر بگیریم ، قابل توجیه نیست. محاسبات نشان می دهد که بدون تورم کیهان زمان کافی را برای اینکه چنین همگنی و یکنواختی در آن رخ دهد ندارد. بنا بر 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 می کند، ذرات در چگالی بالا می توانند به طور شگفت انگیزی گرانش را از سر خود باز کنند ، به این معنا که باعث شوند که گرانش بر خلاف خاصیت جاذبه ی خود حالت دافعه ای داشته باشد. در نظریه تورمی ،همگنی جهان در همان لحظات ابتدایی و قبل از تورم رخ می دهد.در آن زمان محدوده جهان ( که شروع به همگن شدن همانند آنچه که مشاهده شده است می کند ) بسیار کوچک بوده است ( بیش از یک میلیارد کوچک تر از اندازه یک پروتون ) و برای حجمی تا این حد کوچک زمان زیادی برای رخ دادن همگنی وجود داشته است در مقایسه با فرآیند هایی که اکنون می شناسیم مانند هوایی که در اتاق حرکت می کند و با انتشار خود حالت یکنواختی را در اتاق به وجود می آورد. بعد از این همگنی ، تورم باعث انبساط جهان تا به اندازه ای شد، که بتواند تمامی کهکشان ها و ستارگانی را که اکنون آنها را می بینیم در خود جا دهد.

نظریه تورمی تنها همگنی را که در امواج پس زمینه کیهانی می بینیم توجیه نمی کند بلکه این نظریه همچنین می تواند 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 می کنند، را نیز توضیح دهد. دافعه گرانشی خلا کاذب ( که باعث تورم شده است ) به اندازه ای قدرتمند است که انبساط سریع و باور نکردنی را به وجود می آورد و وسعت جهان در مدت زمان ۳۷-^۱۰ ثانیه به دو برابر افزایش می یابد و در ۳۷-^۱۰ ثانیه بعد نیز وسعت جهان باز هم دو برابر می شود و جهان مادامی که خلا کاذب باقی مانده است هر ۳۷-^۱۰ ثانیه به دو برابر شدن خود ادامه می دهد اما خلا کاذب ناپایدار است و در نهایت در برهه ای از بین رفته و انرژی خود را تبدیل به ذرات مادی می کند. 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 می شود، برابر سرعت شگفت آور 67.15 میلیون کیلومتر به علاوه یا منهای 1.2 کیلومتر در ثانیه در هر مگاپارسک در حال انبساط است (پارسک یک واحد اخترشناسی است و تقریباً برابر 3.26 میلیون سال نوری است).

بر طبق محاسبه ماهواره پلانک سرعت انبساط کیهان که برابر ثابت هابل شناخته می شود، برابر سرعت شگفت آور ۶۷٫۱۵ میلیون کیلومتر به علاوه یا منهای ۱٫۲ کیلومتر در ثانیه در هر مگاپارسک در حال انبساط است (پارسک یک واحد اخترشناسی است و تقریباً برابر ۳٫۲۶ سال نوری است).

در مطالعه نظریاتی مانند نظریه تورمی ، کیهان شناسان فرض می کنند که قوانین فیزیک در این جهان های چندگانه یکسان است. کیهان شناسان در واقع هیچ راهی برای فهمیدن این که آیا به راستی این گونه است یا خیر ندارند اما هدف آنها مطالعه نتایج قوانین فیزیک به همین نحوی است که آنها را می شناسیم و نه اندیشیدن بیهوده در مورد قوانین جهان های دیگر . با این حال ، این احتمال وجود دارد که جهان های دیگر متفاوت از جهانی که خودمان در آن زندگی می کنیم باشند.

در حالی که فضای تهی خالی از هرگونه ویژگی در نظر گرفته می شد، در فیزیک نوین ذرات ، فضای تهی ، که خلا نیز نامیده می شود ، مقوله ای بسیار پیچیده است. زوج های ماده – پاد ماده به طور پیوسته در آن ظاهر و ناپدید می شوند و خود فضا نیز به قسمت های کمتر شناخته شده ای به نام « حباب های ریز کوانتمی» تقسیم می شود که اگر به اندازه ی کافی بزرگنمایی داشته باشیم (به اندازه ی ۳۶-^۱۰ ) قابل مشاهده هستند. به دلیل این پیچیدگی ، فیزیکدانان نمی دانند که آیا فقط یک نوع از فضاهای تهی ( خلا ) پایدار است یا اینکه چند نوع هستند . انواع دیگر فضاهای تهی نمی توانند ۳ بعدی باشند ، و احتمالا آنها جرم ذرات مادی و نیروی هایی که بر رفتار های آنها حکمرانی می کنند ، را دگرگون می کنند. اگر انواع مختلفی از فضاها وجود دارند ، چرخه ی بینهایت جهان ها ( جهان های جبابی ) می توان معیاری برای تمامی احتمالات ممکن باشد.

از همان روزهای ابتدایی که نظریه‌ی کوانتوم مطرح شد تا امروز هیچ ایده یا راه‌حلی نتوانسته بین کوانتوم و نسبیت اتحاد و یگانگی ایجاد کند. نظریه‌ی کوانتوم دنیای ریز اتم‌ها و سه نیروی هسته‌ای قوی و ضعیف و الکترومغناطیس را می‌کاود و نسبیت به بررسی گرانش و رفتار بزرگ‌ترین اجرام در عالم می‌پردازد. اما دراین میان پل ارتباطی شگفت‌انگیزی وجود دارد که برای نخستین‌بار وجود آن به تازگی توسط دانشمندان، توسط امواج گرانشی بیگ بنگ تأیید شده است.

مطالعه بیشتر در: Inflation , Inflation theory , nytimes
image_pdfimage_print
(37 نفر , میانگین : 4٫62 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=8935

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۸ پاسخ‌ها

  1. mohammad77 گفت:

    با سلام
    مطلب فوق العاده ای بود و از خوندنش لذت بردم
    فقط دو چیز :
    ۱) اشکال نگارشی : بعد از اون تصویر بادکنک ها ، در خط سوم ( البته خطوط قرمز توضیح عکس رو حساب نکنید ) قبل از ماهواره های کوبه ای ، نوشتید با ” با استفاده از توسط ” ، که توسط اضافی هست !
    ۲) در بند های آخر متن درباره خلا صحبت کردید و گفتید زوج های ذرات مدام به وجود میان و تاپدید می شوند ، توصیه می کنم حتما یه مقاله پیرامون این موضوع بنویسید ، خصوصا اینکه این بحث باعث طرح سوالی ذهنی توسط هاوکینگ شد و این سوال هم منجر به شرط بندی معروف هاوکینگ – ساسکیند

    خیلی ممنون

  2. مجید گفت:

    واقعا خسته نباشید بابت این همه زحمتی که برای نگارش‌ این مقاله ها می کشید

  3. vesal گفت:

    سلام عالی بود
    ارتباط بین جهان های موازی و نظریه ی تورم رو متوجه نشدم

    • ali گفت:

      دوست عزیز ! منظور از جهان های موازی این نیست که بغل گوش من و شما یه جهان دیگه ای هست در همین اندازه و شکل جهان ما ! . منظور اینه که طبق اون چیزی که تو کتاب جهان در پوست گردو استیون هاوکینگ وخود اسم با مسمای کتاب گفته شده جهان ما بر روی یه پوسته قرار داره و اصلی ترین و مهم ترین اتفاقات جهان داره داخل این پوسته میوفته و نه روی پوسته و روی پوسته داره تبعیت میکنه از قوانین داخل و عمق پوسته جهان و تا مرکز این کره قضیه به همین صورته و بازهم تو این کتاب مثالی از عروسک های روسی که داخل همدیگه میرن و دست آخر باید دنبال کوچکترین عروسک که داخل بقیه میره گشت . پس جهان این شکلیه : لایه های روی هم قرار گرفته پیاز که هر لایه از بقیه لایه ها جدا و متمایز هست ولی در عین حال از طریق یه حلقه گم شده و مفقوده ( مثل بوزون هیگز ) این لایه ها با هم در ارتباط هستن و این طوری نیست که این لایه ها ( جهان ها ) مطلقا با هم در ارتباط نباشن ! .
      کتاب جهان در پوست گردو ویلیام استیون هاوکینگ مثل کتاب نسبیت آلبرت انیشتین که جفتشون هم به فارسی ترجمه شده مهمترین کتاب های قرن بیستم و دهه اول قرن بیست و یکم هستن .

      • ORANDA گفت:

        اتفاقا دقیقا به همین معنیه : بغل گوش من و شما ممکنه یک جهان ۴ بعدی وجود داشته باشه.
        برای درک این مسئله ، فرض کنید با موجوداتی ۲ بعدی بودیم و روی سطح یک مکعب سه بعدی زندگی میکردیم(روی سطحش) یعنی نمی تونستیم سه بعد رو درک کنیم و بصورت دوبعدی روی سطح مکعب حرکت میکردیم. حالا فرض کنید یک مکعب دقیقا موازی با مکعب ما ، به مکعب ما نزدیک بشه تا حدی که بهش نچسبه. در اون زمان ، ما نمی تونیم اون یکی مکعب رو ببینیم چون توی ۲ بعد هستیم در حالیکه مکعب بغل گوشمونه !
        این استدلال رو میشه به دنیای ۴ بعدی و موجودات سه بعدی(دنیای ما) تعمیم داد.

  4. reza گفت:

    عالی بود. ممنون ازتون

  5. ់ataran گفت:

    درود بر شما
    مقاله ای نوشتم که ارتباط کوانتوم و نسبیت را نشان می دهد.
    همچنن راز تکامل و زایش کیهان ها و… را اشکار می کند.
    به دلیل ترکیبى بودن مقاله نمی دانم در کدام مجله باید ارایه شود.
    لطفآ راهنمایی کنید.
    من دیپلم تجربی دارم و ۱۹سالھ ام.

  6. pardis گفت:

    می دونم ربطی به بحث فوق نداره
    ولی من نمیتونم گرانشو درک کنم …. اگه کسی تونسته یه کمک کنه……

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *