وفقا ل الانفجار العظيم النموذج الكوني ، بدأ كوننا منذ 13.8 مليار سنة عندما بدأت المادة والطاقة في الكون في التوسع. يُعتقد أن فترة 'التضخم الكوني' هذه هي ما يفسر الهيكل الواسع النطاق للكون ولماذا الخلفية الكونية الميكروويف (CMB) تبدو موحدة إلى حد كبير في جميع الاتجاهات.
ومع ذلك ، حتى الآن ، لم يتم اكتشاف أي دليل يمكنه بالتأكيد إثبات سيناريو التضخم الكوني أو استبعاد النظريات البديلة. ولكن بفضل أ دراسة جديدة بواسطة فريق من علماء الفلك من جامعة هارفارد ومركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ، قد يكون لدى العلماء وسيلة جديدة لاختبار أحد الأجزاء الرئيسية في نموذج Big Bang الكوني.
ورقتهم بعنوان ' بصمات فريدة لبدائل التضخم في طيف القوة البدائي '، التي ظهرت مؤخرًا على الإنترنت ويتم النظر في نشرها فيخطابات المراجعة المادية. أجرى الدراسة Xingang Chen و Abraham Loeb - محاضر كبير في جامعة هارفارد ورئيس فرانك دي بيرد لعلم الفلك في جامعة هارفارد ، على التوالي - و Zhong-Zhi Xianyu ، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء في جامعة هارفارد.
للتلخيص ، في علم الكونيات الفيزيائي ، تنص نظرية التضخم الكوني على أنه عند 10-36بعد ثوانٍ من الانفجار العظيم ، بدأت التفرّد حيث تتركز كل المادة والطاقة في التوسع. ويعتقد أن هذه 'الحقبة التضخمية' استمرت حتى 10 سنوات-33حتى 10-32بعد ثوانٍ من الانفجار العظيم ؛ بعد ذلك ، بدأ الكون في التوسع بشكل أبطأ. وفقًا لهذه النظرية ، كان التوسع الأولي للكون أسرع من سرعة الضوء.
إن النظرية القائلة بأن مثل هذه الحقبة موجودة مفيدة لعلماء الكونيات لأنها تساعد في تفسير سبب وجود نفس الظروف في الكون تقريبًا في المناطق البعيدة جدًا عن بعضها البعض. بشكل أساسي ، إذا نشأ الكون من حجم صغير من الفضاء تم تضخيمه ليصبح أكبر مما يمكننا ملاحظته حاليًا ، فسوف يفسر ذلك سبب كون بنية الكون واسعة النطاق موحدة ومتجانسة تقريبًا.
ومع ذلك ، هذا ليس بأي حال من الأحوال التفسيرات الوحيدة لكيفية ظهور الكون ، والقدرة على تزوير أي منها كانت تفتقر تاريخيًا. كما أخبر البروفيسور أبراهام لوب Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'على الرغم من أن العديد من الخصائص المرصودة للهياكل داخل كوننا تتوافق مع سيناريو التضخم ، إلا أن هناك العديد من نماذج التضخم التي يصعب تزييفها. أدى التضخم أيضًا إلى فكرة الكون المتعدد حيث سيحدث أي شيء يمكن أن يحدث عددًا لا نهائيًا من المرات ، ومن المستحيل تزوير مثل هذه النظرية من خلال التجارب ، وهي العلامة المميزة للفيزياء التقليدية. في الوقت الحالي ، هناك سيناريوهات متنافسة لا تتضمن التضخم ، حيث يتقلص الكون أولاً ثم يرتد بدلاً من البدء عند الانفجار العظيم. يمكن أن تتطابق هذه السيناريوهات مع ما يتم ملاحظته حاليًا من التضخم '.
من أجل دراستهم ، طور لوب وزملاؤه طريقة مستقلة عن النموذج لتمييز التضخم عن السيناريوهات البديلة. في الأساس ، اقترحوا أن الحقول الهائلة في الكون البدائي ستشهد تقلبات كمية واضطرابات في الكثافة من شأنها أن تسجل بشكل مباشر مقياس الكون المبكر كدالة للوقت - أي أنها ستعمل كنوع من 'ساعة الكون القياسية'.
من خلال قياس الإشارات التي يتوقعون أنها ستأتي من هذه الحقول ، فإنهم يفترضون أن علماء الكونيات سيكونون قادرين على معرفة ما إذا كانت أي اختلافات في الكثافة قد تم زرعها خلال مرحلة الانكماش أو التوسع في الكون المبكر. سيسمح لهم هذا بشكل فعال باستبعاد بدائل التضخم الكوني (مثل ترتد كبير سيناريو). كما أوضح لوب:
'في معظم السيناريوهات ، من الطبيعي أن يكون لديك حقل هائل في بدايات الكون. الاضطرابات في المجال الهائل على مقياس مكاني معين تتأرجح في الوقت مثل كرة ترتفع وتنخفض في بئر محتمل ، حيث تملي الكتلة تردد التذبذبات. لكن تطور الاضطرابات يعتمد أيضًا على المقياس المكاني قيد الدراسة بالإضافة إلى عامل مقياس الخلفية (الذي يزداد بشكل كبير خلال النماذج العامة للتضخم ولكنه ينخفض في نماذج الانكماش). '
قال لوب إن هذه الاضطرابات ستكون مصدر أي تغيرات في الكثافة يلاحظها علماء الفلك في الكون اليوم. يمكن تحديد كيفية تشكيل هذه الاختلافات من خلال مراقبة خلفية الكون - على وجه التحديد ، ما إذا كان يتمدد أو يتقلص ، والذي يمكن لعلماء الفلك التمييز بينه.
وأضاف لوب: 'في استعاري ، يؤثر عامل مقياس الكون على المعدل الذي يتم به سحب الشريط بينما تترك الساعة علامات التجزئة عليه'. 'الإشارة الجديدة التي نتوقعها مطبوعة حول كيفية تغير مستوى عدم الانتظام في الكون مع النطاق المكاني.'
يوضح هذا الرسم التوضيحي تطور الكون ، من الانفجار العظيم على اليسار ، إلى العصر الحديث على اليمين. الصورة: ناسا
باختصار ، حدد لوب وزملاؤه إشارة محتملة يمكن قياسها باستخدام الأدوات الحالية. يتضمن ذلك أولئك الذين درسوا الخلفية الكونية الميكروية (CMB) - مثل ESA بلانكمرصد فضائي - وأولئك الذين أجروا مسوحات المجرات - مسح سلون الرقمي للسماء ، ال تلسكوب المسح VLT ، ال اليعسوب تلسكوب ، إلخ.
في الدراسات السابقة ، تم اقتراح أن اختلافات الكثافة في الكون البدائي يمكن اكتشافها من خلال البحث عن أدلة على عدم وجود غوسية ، وهي تصحيحات لتقدير دالة Gaussian لقياس الكمية المادية - في هذه الحالة ، CMB. ولكن كما قال لوب ، لم يتم اكتشافها بعد:
'الإشارة التذبذبية الجديدة موجودة في طيف القدرة لاضطرابات الكثافة البدائية (التي يتم قياسها بشكل روتيني من الخلفية الكونية الميكروية (CMB] أو استطلاعات المجرات) ، في حين تضمنت الاقتراحات السابقة في الأدبيات التأثيرات المتعلقة بالآثار غير الغوسية ، والتي هي أكثر من ذلك بكثير صعبة القياس (ولم يتم اكتشافها حتى الآن). النتائج المعروضة في ورقتنا تأتي في الوقت المناسب للغاية حيث يتم جمع مجموعات البيانات الموسعة من خلال الملاحظات الجديدة لتباين CMB واستطلاعات المجرات. '
ربما يكون فهم كيف بدأ كوننا هو الأسئلة الأساسية في العلوم وعلم الكونيات. إذا كان من خلال تطبيق هذه الطريقة ، يمكن استبعاد التفسيرات البديلة لكيفية بدء الكون ، فسوف يقربنا خطوة واحدة من تحديد أصول الزمان والمكان والحياة نفسها. الأسئلة 'من أين أتينا؟' و 'كيف بدأ كل شيء؟' قد يكون لديك أخيرا إجابة نهائية!
قراءة متعمقة: arXiv