نظریه تورمی کیهانی

نظریه تورمی کیهانی

نظریه تورمی کیهانی ؛ اگر نظریه تورمی كیهان شناسی درست باشد ، این معنا را می دهد كه كیهان بسیار بزرگتر از آنچه است كه تصور می شود و احتمالا به همان اندازه هم پیرتر از سن كنونی است كه برای آن در نظر می گیریم ، و تنها یك مهبانگ را به خود ندیده است بلكه تا به حال شاهد بینهایت از مهبانگ ها بوده است .

نظریه تورمی به منظور توجیه خصوصیات قابل مشاهده كیهان مطرح شد و تا به حال نیز بسیار موفق بوده است . برای مثال می توان بررسی ماهیت امواج پس زمینه كیهانی نام برد كه كیهانشناسان آن را به عنوان پس فروزشی ( تابشی ) به علت گرمای كیهان در زمان بیگ بنگ تفسیر می كنند .

اخترشناسان با توجه به اندازه گیری های بسیار دقیقی كه از این پرتو ها داشتند ، دریافتند كه این پرتوها با شدتی یكسان وبا دقتی باور نكردنی و در حدود ۰٫۰۰۱ درصد ، از تمامی جهات به زمین می رسند .با رد یابی گذشته ی پرتو ها و بازگشت در زمان ، كیهان شناسان به این نتیجه می رسند كه دما و چگالی ماده در كیهان نیز می بایست با دقتی در همین حدود ، در زمان گسیل این پرتوها ( در حدود ۳۰۰٫۰۰۰ سال بعد از بیگ بنگ ) یكنواخت و همگن باشد .

نظریه تورم کیهانی ؛ یکنواختی و همگنی

بدون نظریه تورمی، این یكنواختی و همگنی تا به این اندازه زیاد كه باید در نظر بگیریم ، قابل توجیه نیست .محاسبات نشان می دهد كه بدون تورم كیهان زمان كافی را برای اینكه چنین همگنی و یكنواختی در آن رخ دهد ندارد .بنا براین چیزی را كه به اجبار باید در نظر بگیریم این است كه كیهان بدون هیچ توضیحی از ابتدی آغازش یكنواخت و همگن بوده است .

دركل حالت كلاسیك نظریه مهبانگ بر خلاف نامش ، واقعاً یك نظریه برای توضیح مهبانگ نیست بلكه بیشتر به پیامد ها و اثرات مهبانگ می پردازد .این نظریه بیان می كند كه چگونه جهان نو بنیاد ، داغ و چگال اولیه گسترش پیدا می كند و از گرمای خود می كاهد و یا چگونه عناصر سبك اولیه درطول انبساط كیهان با یكدیگر تركیب می شوند و یا چه طور ماده به وجود می آید تا كهكشان ها وستارگان را بنا نهد ، اما این نظریه چیزی برای گفتن در مورد اینكه هسته ی اولیه مهبانگ چه بود و اینكه چه چیزی باعث شد كه مهبانگ رخ دهد ، ندارد . به علاوه محاسباتی نیز در مورد همگنی كیهان ارایه نمی دهد .

نظریه تورم کیهانی ؛ توجیهی برای مهبانگ

اما در مقابل ، نظریه تورمی توان توجیه لحظه مهبانگ (BANG OF THE BIG BANG ) را دارد. این نظریه بر پایه یك فرضیه بر گرفته شده از فیزیك نوین ذرات بنا شده است كه بیان می كند كه ذرات در چگالی بالا می توانند به طور شگفت انگیزی گرانش را از سر خود باز كنند ، به این معنا كه باعث شوند كه گرانش بر خلاف خاصیت جاذبه ی خود حالت دافعه داشته باشد. (خطوط ژئودزیك به جای همگرایی در یك نقطه ، پس از همگرایی در یك محدوده، واگرا می‌شوند)

به این حالت از ماده خلا كاذب گفته می شود. نظریه تورمی بیان می كند كه انبساط جهان كه امروزه شاهد آن هستیم نتیجه ی دافعه گرانشی این خلا كاذب است كه جهان را در لحظات بسیار كوچك آغازین در بر داشته است .

در نظریه تورمی ،همگنی جهان در همان لحظات ابتدایی و قبل از تورم رخ می دهد .در آن زمان محدوده جهان (كه شروع به همگن شدن همانند آنچه كه مشاهده شده است می كند) بسیار كوچك بوده است (بیش از یك میلیارد كوچك تر از اندازه یك پروتون) و برای حجمی تا این حد كوچك زمان زیادی برای رخ دادن همگنی وجود داشته است در مقایسه با فرآیند هایی كه اكنون می شناسیم مانند هوایی كه در اتاق حركت می كند و با انتشار خود حالت یكنواختی را در اتاق به وجود می آورد. بعد از این همگنی، تورم باعث انبساط جهان تا به اندازه ای شد، كه بتواند تمامی كهكشان ها و ستارگانی را كه اكنون آنها را می بینیم در خود جا دهد .

نظریه تورم کیهانی ؛ پس زمینه کیهانی

نظریه تورمی تنها همگنی را كه در امواج پس زمینه كیهانی می‌بینیم توجیه نمی‌كند بلكه این نظریه همچنین می‌تواند خصوصیات آماری اختلاف بسیار كم در شدت امواج پس زمینه كه توسط ابزارهای بسیار دقیقی كه حتی نوسانات كمتر از ۰٫۰۰۱ را نیز ثبت می‌كنند، را نیز توضیح دهد .

مادامیكه كه نظریه تورمی می‌بایست بر پایه پیشگویی‌هایش در مورد خصوصیات قابل مشاهده جهان محك خورده و مورد قضاوت قرار گیرد، كنجكاوی باعث می‌شود كه از خود بپرسیم این نظریه چه چیزی را در مورد جهان بیان می‌كند؟ پاسخ این سوال نا مانوس به نظر می‌رسد.

دافعه گرانشی خلا كاذب (كه باعث تورم شده است) به اندازه ای قدرتمند است كه انبساط سریع و باور نكردنی را به وجود می‌آورد 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 دوبرابر می شود و جهان مادامی كه خلا كاذب باقی مانده است هر ۳۷-^۱۰ ثانیه به دوبرابر شدن خود ادامه می دهد اما خلا كاذب ناپایداراست و در نهایت در برهه ای از بین رفته و انرژی خود را تبدیل به ذرات مادی می كند.

از این نقطه به بعد این نظریه با مدل استاندارد بیگ بنگ آتشین (standard hot big bang picture ) هم رای است . انبساط چشمگیر این نظریه اشاره بر این موضوع دارد كه وسعت جهان بیش از آن است كه تصور می شود بنا براین قسمت های مشاهده شده جهان صرفا مانند لكه ای هستند در یك فضای بزرگتر .

نظریه تورم کیهانی ؛ داستانی پیچیده تر

اما تمامی داستان بسیار پیچیده تر از این است . خلا كاذب ناپایدار است و در بیشتر مدل های این نظریه مانند مواد رادیو اكتیو شروع به واپاشی می كند همانند اورانیم .این واپاشی توسط نیمه عمر توضیح داده می شود به این معنا كه نیمی از خلا كاذب بعداز سپری شدن اولین زمان نیمه عمر باقی می مانند و یك چهارم مقدار اولیه بعد از سپری شدن دومین زمان نیمه عمر و به همین تزتیب تا به آخر اما بر خلاف مواد رادیو اكتیو ، خلا كاذب همراه با واپاشی منبسط نیز می شود و سرعت منبسط شدن بیشتر از واپاشی خلا كاذب است.

به نظر می آید كه نیمه از مقدار اولیه خلا كاذب پس از سپری شدن یك نیمه عمر باقی بماند اما این مقدار خلا كاذب حجمی بیشتر از مقدار اولیه خود دارد .خلا كاذب هیچگاه نا پدید نمی شود بلكه به جای آن همواره حجم آن به صورت نامحدود افزایش می یابد .قسمت های مختلف پهنه خلا كاذب به طور نامنظم واپاشی می كنند و جهان های “” حبابی “” جدید را در فرآیندی همواره رو به رشد تولید می كنند . جهان ما تنها یكی از جهان های برخاسته از گروهی بینهایت از این حباب هاست .

نظریه تورم کیهانی ؛ خلاهای گاذب

این چرخه همواره ادامه خواهد داشت. خلا های كاذب در هم می شكنند پس به ندرت مشاهده گری بتواند چیزی بیش از احتمال قابل صرف نظری برای دیدن نشانه ای از وجود آنها داشته باشد. با این حال، درك چرخه ی بینهایت جهان ها به منظور محاسبه آماری از خصوصیات جهان خودمان ، كه به نوعی شاخه ای از این فرآیند است ، لازم به نظر می رسد .

در مطالعه نظریاتی مانند نظریه تورمی ، كیهان شناسان فرض می كنند كه قوانین فیزیك در این جهان های چندگانه یكسان است . كیهان شناسان درواقع هیچ راهی برای فهمیدن این كه آیا به راستی این گونه است یا خیر ندارند اما هدف آنها مطالعه نتایج قوانین فیزیك به همین نحوی است كه آنها را می شناسیم و نه اندیشیدن بیهوده در مورد قوانین جهان های دیگر . با این حال ، این احتمال وجود دارد كه جهان های دیگر متفاوت از جهانی كه خودمان در آن زندگی می كنیم باشند .

در حالی كه فضای تهی خالی از هر گونه ویژگی در نظر گرفته می شد، در فیزیك نوین ذرات ، فضای تهی ، كه 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 كمتر شناخته شده ای به نام “حباب های ریز كوانتمی” تقسیم می شود كه اگر به اندازه ی كافی بزرگنمایی داشته باشیم (تا اندازه های ( ۳۶-^۱۰ ) ) قابل مشاهده هستند.

به دلیل این پیچیدگی ، فیزیكدانان نمی دانند كه آیا فقط یك نوع از فضاهای تهی ( خلا ) پایدار است یا اینكه چند نوع هستند . انواع دیگر فضهای تهی نمی توانند ۳ بعدی باشند ، و احتمالا آنها جرم ذرات مادی و نیروی هایی كه بر رفتار های آنها حكمرانی می كنند ، را دگرگون می كنند. اگر انواع مختلفی اگر فضا ها وجود دارند، چرخه ی بینهایت جهان ها می تواند معیاری برای تمامی احتمالات ممكن باشد .