نظریه تورم کیهانی (Cosmic Inflation) چیست؟

نظریه تورم از ایده‌های فیزیک کوانتوم و فیزیک ذرات استفاده می‌کند تا لحظات اولیه‌ی پیدایش کیهان پس از مه بانگ را توصیف نماید. طبق نظریه تورم، کیهان در یک حالت انرژی ناپایدار آغاز شد، که موجب یک انبساط بسیار سریع در لحظات اولیه کیهان شده است. یک نتیجه این اتفاق این است که کیهان بسیار بزرگ‌تر از آنچه پیش‌بینی می‌شد است، و بسیار بزرگ‌تر از اندازه‌ای 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:

  • مسأله همگنی. چرا کیهان به طرز شگفت آوری درست یک ثانیه پس از مه بانگ یکنواخت و همگن بوده است.
  • مسأله تختی
  • مقدار پیش‌بینی شده تولید تک قطبی‌های مغناطیسی

مدل مه بانگ به نظر می‌رسد 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 مدل تورمی را برای 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.

  • ویژگی‌های نظریه تورم

این انبساط چقدر سریع بوده است؟ طی دوره تورم هر 35-^10 ثانیه ابعاد کیهان دو برابر شده است. طی 30-^10 ثانیه، ۱۰۰۰۰۰ بار اندازه کیهان ۲ برابر 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.

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.

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.

منبع: physics.about.com

http://telegram.me/nojumiran

http://instagram.com/nojumiran/

دیدگاهتان را بنویسید

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