هل سنعرف يومًا بالضبط كيف انتفخ الكون إلى الوجود؟

بالعربي/ قد لا يسمح لنا الكون.

لطالما عجز الفيزيائيون عن حل لغز ما حدث في اللحظات التي انتفخت فيها بذرة صغيرة متلاشية في الكون. الآن ، يعتقد أحد العلماء أنه يعرف سبب عدم تمكنهم من التوصل إلى وصف مادي لهذه الظاهرة المسماة التضخم: الكون لن يسمح لنا. 

على وجه التحديد ، يصف العالم تخمينًا جديدًا ينص ، فيما يتعلق بالكون الشاب ، على أنه “يجب حماية المراقب” من المراقبة المباشرة لأصغر الهياكل في الكون.

بعبارة أخرى ، قد لا يتمكن الفيزيائيون بالتعريف من بناء نموذج للتضخم باستخدام الأدوات المعتادة ، وسيتعين عليهم التوصل إلى طريقة أفضل. 

لكن لم لا؟ هذا التخمين الجديد ، وهو رأي أو فكرة قائمة على معلومات غير كاملة ، يوجه أصابع الاتهام إلى سمة معينة لنماذج التضخم. تأخذ هذه النماذج تقلبات صغيرة جدًا جدًا في الزمكان وتجعلها أكبر. لكن ليس لدينا نظرية فيزيائية كاملة عن تلك التقلبات الصغيرة ، ولذا فإن نماذج التضخم التي لها هذه الميزة (وهي كلها تقريبًا) لن تنجح أبدًا.

أدخل نظرية الأوتار ، والتي يمكن أن تكون المفتاح لتوضيح أسرار التضخم.

تضخيم بعيدا

كشفت الملاحظات التي أجريت على بنية الكون واسعة النطاق والضوء المتبقي من الانفجار العظيم أنه في بداية الكون ، من المحتمل أن يكون الكون قد شهد فترة من التوسع السريع بشكل لا يصدق. هذا الحدث الرائع ، المعروف باسم التضخم ، دفع الكون ليصبح أكبر تريليونات أو تريليونات المرات في أصغر جزء من الثانية.

أثناء عملية التضخم ، جعل التضخم كوننا مليئًا بالمطبات قليلاً. مع انتشار التضخم ، أصبحت أصغر التقلبات الكمية العشوائية – التقلبات المدمجة في نسيج الزمكان نفسه – أكبر بكثير ، مما يعني أن بعض المناطق كانت مكتظة بالمادة أكثر من غيرها. في النهاية ، نمت تلك الاختلافات تحت المجهرية لتصبح عيانية … وحتى أكبر ، في بعض الحالات تمتد من أحد طرفي الكون إلى الطرف الآخر. بعد ملايين ومليارات السنين ، نمت تلك الاختلافات الصغيرة في الكثافة لتصبح بذور النجوم والمجرات وأكبر الهياكل في الكون.

يشك علماء الفلك بشدة في أن شيئًا مثل قصة التضخم هذه حدث في اللحظات الأولى من الكون ، عندما كان عمره أقل من ثانية ؛ ومع ذلك ، فهم لا يعرفون سبب التضخم ، وما الذي دفعه ، ومدة استمراره أو ما الذي أغلقه. بعبارة أخرى ، يفتقر الفيزيائيون إلى وصف مادي كامل لهذا الحدث الخطير.

ومما يضاف إلى مزيج الألغاز أنه في معظم نماذج التضخم ، تتضخم التقلبات في مقاييس بالغة الصغر لتصبح اختلافات ميكروسكوبية. كيف صغيرة؟ أصغر من طول بلانك ، أو 1.6 × 10 ^ تقريبًا ناقص 35 مترًا (الرقم 16 يسبقه 34 صفرًا وعلامة عشرية). هذا هو المقياس الذي تتنافس فيه قوة الجاذبية مع قوى الطبيعة الأساسية الأخرى . في هذا النطاق ، نحتاج إلى نظرية موحدة للفيزياء من أجل وصف الواقع

ليس لدينا مثل هذه النظرية.

إذن لدينا مشكلة. تتطلب معظم نماذج التضخم (إن لم يكن كلها) أن ينمو الكون بشكل كبير جدًا بحيث تصبح الاختلافات شبه بلانك مجهرية. لكننا لا نفهم فيزياء شبه بلانك. إذن كيف يمكننا بناء نموذج نظري للتضخم إذا لم نفهم الفيزياء الأساسية؟

ما وراء مقياس بلانك

ربما الجواب: لا نستطيع. أبدا. يُطلق على هذا المفهوم اسم حدسية الرقابة عبر بلانك ، أو TCC (بهذا الاسم ، تعني كلمة “trans-Planckian” أي شيء يصل إلى ما دون طول بلانك).

كتب روبرت براندنبيرجر ، عالم الكونيات النظري الكندي السويسري والأستاذ في جامعة ماكجيل في مونتريال ، كندا ، مؤخرًا مراجعة لـ TCC . وفقًا لبراندنبرجر ، “إن قانون التجارة في الكونيات هو مبدأ جديد يقيد الكوسمولوجيات القابلة للحياة.” من وجهة نظره ، يشير TCC إلى أن أي مراقب في عالمنا واسع النطاق لا يمكنه أبدًا “رؤية” ما يحدث على نطاق صغير عبر بلانك. حتى لو كانت لدينا نظرية عن الجاذبية الكمومية ، فإن TCC تنص على أن أي شيء يعيش في نظام شبه بلانك لن “ينتقل” أبدًا إلى العالم الماكروسكوبي. فيما يتعلق بما قد تعنيه TCC لنماذج التضخم ، للأسف هذه ليست أخبارًا جيدة. 

تعتمد معظم نظريات التضخم على تقنية تُعرف باسم “نظرية المجال الفعال”. نظرًا لعدم وجود نظرية توحد الفيزياء عند الطاقة العالية والمقاييس الصغيرة (ويعرف أيضًا باسم ظروف مثل التضخم) ، يحاول الفيزيائيون بناء إصدارات منخفضة الطاقة لإحراز تقدم. قال براندنبرجر إن هذا النوع من الإستراتيجية لا يعمل في ظل قانون التجارة التركي ، لأنه عندما نستخدمه لبناء نماذج للتضخم ، فإن عملية التضخم تحدث بسرعة كبيرة لدرجة أنها “تعرض” نظام البلانك الفرعي للمراقبة العيانية.

في ضوء هذه المشكلة ، يتساءل بعض الفيزيائيين عما إذا كان ينبغي لنا اتباع نهج مختلف تمامًا عن الكون المبكر.

خارج المستنقع

علم الكون الغازي المتسلسل هو نهج محتمل لنمذجة الكون المبكر في ظل نظرية الأوتار ، والتي هي نفسها مرشح أمل لنظرية موحدة للفيزياء تضع الفيزياء الكلاسيكية والكمية تحت سقف واحد. في نموذج الغاز الخيطي ، لا يمر الكون أبدًا بفترة تضخم سريع. وبدلاً من ذلك ، تكون فترة التضخم ألطف وأبطأ بكثير ، كما أن التقلبات التي تقل عن طول بلانك لا تتعرض أبدًا للكون الماكروسكوبي. الفيزياء تحت مقياس بلانك لا تنمو أبدًا لتصبح قابلة للرصد ، وبالتالي فإن TCC راضي. ومع ذلك ، لا تحتوي نماذج الغاز الوترية حتى الآن على تفاصيل كافية لاختبارها مقابل الدليل المرصود للتضخم في الكون.

يرتبط TCC بنقطة شائكة أخرى بين التضخم ونظريات الفيزياء الموحدة مثل نظرية الأوتار. تتنبأ نظرية الأوتار بعدد هائل من الأكوان المحتملة ، والتي يمثل فيها الكون الخاص بنا (مع مجموعة القوى والجسيمات وبقية الفيزياء) واحدًا فقط. يبدو أن معظم (إن لم يكن كل) نماذج التضخم غير متوافقة مع نظرية الأوتار على المستوى الأساسي. بدلاً من ذلك ، هم ينتمون إلى ما أطلق عليه منظرو الأوتار “المستنقعات” – منطقة الأكوان المحتملة التي لا تكون واقعية فيزيائياً.المحتوى ذي الصلة

يمكن أن يكون TCC تعبيرا عن رفض المستنقعات للتضخم.الإعلانات

قد يظل من الممكن بناء نموذج تقليدي للتضخم يرضي TCC (ويعيش خارج مستنقع نظرية الأوتار) ؛ ولكن إذا كان TCC صحيحًا ، فإن هذا يحد بشدة من أنواع النماذج التي يمكن للفيزيائيين بناؤها. إذا تمكن التضخم من المضي قدمًا لفترة قصيرة كافية (تخيل نفخ بالون ببطء وتوقف قبل أن ينفجر) ، بينما لا تزال تزرع البذور التي ستنمو يومًا ما لتصبح هياكل ضخمة ، فقد تنجح نظرية التضخم.

في الوقت الحالي ، لم يتم إثبات TCC – إنه مجرد تخمين. إنها تتماشى مع خطوط التفكير الأخرى في نظرية الأوتار ، لكن نظرية الأوتار نفسها غير مثبتة أيضًا (في الواقع ، النظرية ليست كاملة وليست قادرة حتى على عمل تنبؤات حتى الآن). لكن مع ذلك ، فإن مثل هذه الأفكار مفيدة ، لأن الفيزيائيين في الأساس لا يفهمون التضخم ، وأي شيء يمكن أن يساعد في صقل هذا التفكير مرحب به.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com