هذا الأسبوع في الاجتماع الوطني لعلم الفلك التابع للجمعية الملكية الفلكية في المملكة المتحدة ، يتحدى الفيزيائيون الأدلة الخاصة بـ نتائج BICEP2 الأخيرة فيما يتعلق بفترة التضخم في الكون ، والتي تم الإعلان عنها قبل 90 يومًا فقط. يلقي بحث جديد بظلال من الشك على تضمين نظرية التضخم في النموذج الكوني القياسي لفهم قوى الطبيعة وطبيعة الجسيمات الأولية والحالة الحالية للكون المعروف.
بالعودة إلى 17 مارس 2014 ، بدا أن العالم قد تلقى لمحة عن النظام النهائي منذ دهور ... في الواقع من بداية الوقت. قدمت BICEP2 ، الآلة ذات الغرض الواحد في القطب الجنوبي ، صورة بعد التحليل وطرح إشارة الخلفية المقدرة من مجرة درب التبانة ، دفعت باحثيها إلى استنتاج أنهم عثروا على أقدم بقايا من ولادة الكون ، وهو توقيع في النور القديم الذي دعم نظرية التضخم.
تلسكوب BICEP2 عند الشفق في القطب الجنوبي ، القارة القطبية الجنوبية (Credit: Steffen Richter ، جامعة هارفارد)
قبل ثلاثين عامًا ، ابتكر الفيزيائيان آلان جوث وآندي ليندي نظرية التضخم. أدرك جوث وليند وآخرون أن التوسع المفاجئ للكون عند 1/10000000000000000000000000000000000000 جزء من الثانية فقط بعد الانفجار العظيم يمكن أن يحل بعض الألغاز المحيرة للكون. يمكن أن يفسر التضخم انتظام إشعاع الخلفية الكونية. بينما تُظهر صور مثل القمر الصناعي COBE توزيعًا مبقعًا للإشعاع ، في الواقع ، تُبرز هذه الصور اختلافات صغيرة للغاية في إشعاع الخلفية ، وبقايا الانفجار العظيم ، والاختلافات بترتيب 1/100000 من مستوى الخلفية.
لاحظ أن وقت فترة التضخم المقترحة للكون بعد الانفجار العظيم مباشرة سيسمح للضوء بالسفر فقط 1/1000000000000000 جزء من قطر ذرة الهيدروجين. كان الكون خلال هذه اللحظة الأولى من التوسع مُغلفًا بحجم أصغر بكثير من الذرة المفردة.
ركضت المشاعر عالية جدا عندما أعلن فريق BICEP2 النتائج التي توصلوا إليها في 17 مارس من هذا العام. يوصف حدث التضخم الذي تدعمه بيانات إشعاع الخلفية بأنه تبريد فائق للكون ، ومع ذلك ، كان هناك فيزيائيون ظلوا هادئين وبقوا مخالفين للنظرية. كان الفيزيائي البريطاني الشهير السير روجر بريمروز أحد الذين ظلوا محبطين وذكر أن الاستقطاب الدائري المذهل للضوء الذي بقي في البيانات المعالجة من BICEP2 يمكن تفسيره من خلال تفاعل الغبار والضوء والمجالات المغناطيسية في منطقتنا المجاورة ، درب التبانة.
رسم توضيحي لتلسكوب إيسا بلانك في مدار حول الأرض (Credit: ESA)
الآن ، تكشف الملاحظات الجديدة من كاشف آخر ، واحدة على القمر الصناعي بلانك الذي يدور حول الأرض ، أن مساهمة إشعاع الخلفية من المصادر المحلية ، الغبار في مجرة درب التبانة ، يبدو أنها قد تم التقليل من تقديرها من قبل فريق BICEP2. لم يتم تقديم جميع الأدلة بعد لكن الباحثين يظهرون تحفظات الآن. في الوقت نفسه ، لا يستبعد نظرية التضخم. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات وربما بحساسية أكبر.
فلماذا نسأل السؤال ، هل الفيزيائيون يصنعون جهاز Rube Goldberg؟
يعتمد فهمنا الحالي للكون على ما يسمى ' النموذج المعياري لعلم الكونيات . في اجتماع الجمعية الفلكية الملكية هذا الأسبوع ، يمكن أن تكشف المناقشات تحت الأقدام عن نموذج قياسي ربما يكون في حالة انهيار أو ببساطة بحاجة إلى أدوات وآليات جديدة لتبقى أفضل نظرية لكل شيء.
هذا الأسبوع أيضًا ، تدعم البيانات الجديدة اكتشاف Higg’s Boson بواسطة مصادم الهادرون الكبير في عام 2012 ، الجسيم الأولي الذي يفسر وجوده كتلة الجسيمات الأساسية في الطبيعة ويدعم وجود حقل هيغز الحيوي لقوة النموذج القياسي. ومع ذلك ، تكشف البيانات المتعلقة بهيجز أيضًا أنه إذا حدثت الفترة التضخمية للكون ، فعندها إذا تم أخذها مع النموذج القياسي ، فيمكن للمرء أن يستنتج أن الكون كان يجب أن ينهار على نفسه وأن وجودنا ذاته اليوم لن يكون ممكنًا.
موزع معجون أسنان Rube Goldberg وكذلك حالة النموذج القياسي (Credit: R.Goldberg)
يسارع الدكتور برايان جرين ، الباحث في مجال نظرية الأوتار الفائقة ونظرية M وآخرون مثل الدكتور ستيفن هوكينج ، إلى القول بأن النموذج القياسي هو خطوة وسيطة نحو نظرية كبرى موحدة لكل شيء ، الكون. يمكن تفسير انحراف النموذج القياسي ، إلى نوع من جهاز Rube Goldberg من خلال التراكم غير المرهق لملاحظات أكثر حدة وتنوعًا على المقاييس الكونية والكمية.
تلقي المناقشات في اجتماع الجمعية الفلكية الملكية مزيدًا من الشكوك حول نظرية التضخم التي ظهرت قبل 90 يومًا فقط بدعم جيد من BICEP2 - البيانات المستمدة من أحدث الأجهزة الإلكترونية الرائعة التي طورتها وكالة ناسا والباحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. كانت تجارب ومحن هذه النظريات العظيمة لشرح كل شيء يعود إلى الفترة التي سبقت سنة آينشتاين المعجزة مباشرة ، 1905. كانت النظريات المجزأة التي تشرح بشكل منفصل قوى الطبيعة موجودة ولكن أيضًا تراكم بيانات الرصد قد وصل إلى نقطة مضيئة.
اليوم ، الملاحظات من BICEP2 و NASA و ESA والمراصد الفضائية الكبيرة والأدوات الحساسة المدفونة على بعد أميال تحت الأرض والتجارب الكمية المصطنعة بعناية في المختبرات تجعل النموذج القياسي أكثر تشديدًا في شرح كل شيء ، وهو نفس النموذج مدعومًا جيدًا من خلال اكتشاف Higg's Boson لمدة عامين فقط منذ. يقر علماء الكونيات بأنه قد لا يكون لدينا أبدًا نظرية كاملة ومثبتة لكل شيء ، نظرية أنيقة ؛ ومع ذلك ، فإن التحديات التي تواجه النموذج القياسي والتضخم ستشجع بالتأكيد المنظرين الأصغر سنًا على مضاعفة الجهود في الأعمال النظرية الأخرى.
لمزيد من القراءة:
بيان صحفي لـ RAS NAM: هل يجب أن يتسبب بوزون هيجز في انهيار كوننا؟
لقد اكتشفنا التضخم !: ماذا الآن؟
شكك علماء الكونيات في أدلة التضخم
هل نتائج BICEP2 غير صحيحة؟ على الاغلب لا