مثير للإعجاب

وصف وأصول نظرية التضخم

وصف وأصول نظرية التضخم

نظرية التضخم يجمع الأفكار من فيزياء الكم وفيزياء الجسيمات لاستكشاف اللحظات الأولى للكون ، بعد الانفجار الأعظم. وفقًا لنظرية التضخم ، تم إنشاء الكون في حالة طاقة غير مستقرة ، مما اضطر إلى التوسع السريع في الكون في لحظاته الأولى. إحدى النتائج هي أن الكون أكبر بكثير مما كان متوقعًا ، وأكبر بكثير من الحجم الذي يمكننا ملاحظته بواسطة التلسكوبات لدينا. والنتيجة الأخرى هي أن هذه النظرية تتنبأ ببعض السمات - مثل التوزيع الموحد للطاقة والهندسة المسطحة للزمان - والتي لم يتم شرحها مسبقًا في إطار نظرية الانفجار الكبير.

وضعت في عام 1980 من قبل فيزيائي الجسيمات آلان جوث ، تعتبر نظرية التضخم اليوم بشكل عام عنصرا مقبولا على نطاق واسع من نظرية الانفجار الكبير ، على الرغم من أن الأفكار المركزية لنظرية الانفجار الكبير كانت راسخة لسنوات قبل تطوير نظرية التضخم.

أصول نظرية التضخم

أثبتت نظرية الانفجار الكبير نجاحها على مر السنين ، خاصة بعد تأكيدها من خلال اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية للموجات الصغرية (CMB). على الرغم من النجاح الكبير للنظرية في شرح معظم جوانب الكون التي رأيناها ، إلا أن هناك ثلاث مشاكل رئيسية متبقية:

  • مشكلة التجانس (أو ، "لماذا كان الكون موحدًا بشكل لا يصدق بعد ثانية واحدة فقط من الانفجار الأعظم؟" ، كما تم طرح السؤال في الكون الذي لا نهاية له: ما وراء الانفجار الكبير)
  • مشكلة التسطيح
  • الإنتاج الزائد المتوقع للأحادي القطب المغناطيسي

بدا أن نموذج الانفجار الأعظم يتنبأ بكون منحنٍ لم يتم فيه توزيع الطاقة على الإطلاق بالتساوي ، وفيها كان هناك الكثير من الأقطاب الأحادية المغناطيسية ، والتي لم يتطابق أي منها مع الأدلة.

علم فيزيائي الجسيمات آلان غوث أولًا بمشكلة التسطيح في محاضرة ألقاها روبرت ديكي عام 1978 في جامعة كورنيل. على مدى العامين المقبلين ، طبق جوث مفاهيم من فيزياء الجسيمات إلى الوضع وطور نموذجًا للتضخم في بداية الكون.

قدم غوث النتائج التي توصل إليها في محاضرة عقدت في 23 كانون الثاني (يناير) 1980 في مركز تسريع خطي ستانفورد. كانت فكرته الثورية أن مبادئ فيزياء الكم في قلب فيزياء الجسيمات يمكن تطبيقها على اللحظات المبكرة من خلق الانفجار الأعظم. كان الكون قد تم إنشاؤه بكثافة طاقة عالية. تملي الديناميكا الحرارية أن كثافة الكون كانت ستجبره على التوسع بسرعة كبيرة.

بالنسبة لأولئك الذين يهتمون بمزيد من التفاصيل ، سيكون الكون قد تم إنشاؤه في "فراغ خاطئ" مع إيقاف تشغيل آلية هيغز (أو ، بطريقة أخرى ، لم يكن بوسن هيغز موجودًا). كان من الممكن أن يمر بعملية تبريد فائق ، يبحث عن حالة طاقة منخفضة مستقرة ("فراغ حقيقي" تحولت إليه آلية هيغز) ، وكانت عملية التبريد الفائق هذه هي التي دفعت بالفترة التضخمية للتوسع السريع.

كيف بسرعة؟ كان سيتضاعف حجم الكون كل 10-35 ثواني. في غضون 10-30 ثانية ، كان حجم الكون قد تضاعف 100000 مرة ، وهو ما يزيد عن التوسع الكافي لشرح مشكلة التسطيح. حتى لو كان الانحناء الكون عندما بدأ ، فإن هذا التوسع الكبير من شأنه أن يجعله يبدو مسطح اليوم. (ضع في اعتبارك أن حجم الأرض كبير بما يكفي بحيث يبدو لنا مسطحًا ، على الرغم من أننا نعرف أن السطح الذي نقف عليه هو منحنٍ خارج الكرة).

وبالمثل ، يتم توزيع الطاقة بشكل متساوٍ لأنه عندما بدأنا ، كنا جزءًا صغيرًا جدًا من الكون ، وتوسع هذا الجزء من الكون بسرعة كبيرة لدرجة أنه إذا كان هناك أي توزيعات كبيرة غير متساوية للطاقة ، فسيكونون بعيدون جدًا بالنسبة لنا أن ندرك. هذا هو الحل لمشكلة التجانس.

تكرير النظرية

مشكلة النظرية ، بقدر ما يمكن أن يقول غوث ، كانت أنه بمجرد بدء التضخم ، سوف يستمر إلى الأبد. يبدو أنه لا توجد آلية واضحة للإغلاق.

أيضًا ، إذا كان الفضاء يتوسع باستمرار بهذا المعدل ، فلن تنجح فكرة سابقة عن الكون المبكر ، قدمها سيدني كولمان. كان كولمان قد تنبأ بأن تحولات الطور في الكون المبكر حدثت من خلال خلق فقاعات صغيرة تتجمع معًا. مع وجود التضخم في مكانه الصحيح ، كانت الفقاعات الصغيرة تبتعد عن بعضها البعض بسرعة كبيرة بحيث لا تلتحم على الإطلاق.

مفتونًا بالاحتمال ، هاجم الفيزيائي الروسي أندريه ليندي هذه المشكلة وأدرك أن هناك تفسيرًا آخر اعتنى بهذه المشكلة ، بينما جاء على هذا الجانب من الستار الحديدي (كانت هذه الثمانينات ، تذكر) أندرياس ألبريشت وبول ج. حتى مع حل مماثل.

هذا المتغير الأحدث للنظرية هو الذي اكتسب حقًا جرًا خلال الثمانينيات وأصبح في النهاية جزءًا من نظرية الانفجار الكبير.

أسماء أخرى لنظرية التضخم

تمر نظرية التضخم بعدة أسماء أخرى ، بما في ذلك:

  • التضخم الكوني
  • التضخم الكوني
  • التضخم
  • التضخم القديم (نسخة غوث الأصلية لعام 1980 للنظرية)
  • نظرية التضخم الجديدة (اسم الإصدار مع مشكلة الفقاعة الثابتة)
  • التضخم البطيء (اسم الإصدار مع إصلاح مشكلة الفقاعة)

هناك أيضًا نوعان مختلفان يرتبطان ارتباطًا وثيقًا بالنظرية ، التضخم الفوضوي و التضخم الأبدي، والتي لديها بعض الفروق البسيطة. في هذه النظريات ، لم تحدث آلية التضخم بمجرد حدوث الانفجار الكبير مباشرة ، بل تحدث مرارًا وتكرارًا في مناطق مختلفة من الفضاء طوال الوقت. إنها تفترض عددًا سريعًا من "الأكوان الفقاعية" كجزء من الأكوان المتعددة. يشير بعض علماء الفيزياء إلى أن هذه التوقعات موجودة الكل إصدارات نظرية التضخم ، لذلك لا تعتبرها نظريات مميزة حقًا.

كونها نظرية الكم ، هناك تفسير المجال لنظرية التضخم. في هذا النهج ، وآلية القيادة هي مجال النفخ أو الجسيمات النفخة.

ملحوظة: في حين أن مفهوم الطاقة المظلمة في النظرية الكونية الحديثة يسرع أيضًا من توسع الكون ، فإن الآليات المعنية تبدو مختلفة تمامًا عن تلك المشاركة في نظرية التضخم. أحد المجالات التي تهم علماء الكون هي الطرق التي قد تؤدي بها نظرية التضخم إلى نظرة ثاقبة حول الطاقة المظلمة ، أو العكس.


شاهد الفيديو: نظرية التضخم الكوني وموجات الجاذبيه (يونيو 2021).