هناك فجوة في قصة كيف أصبح كوننا. أولاً ، تضخم الكون بسرعة ، مثل البالون. ثم ، ذهب كل شيء ازدهار.
لكن كيفية ارتباط هاتين الفترتين قد استعصى على الفيزيائيين. الآن ، تقترح دراسة جديدة طريقة لربط الحقبتين.
في الفترة الأولى ، نما الكون من نقطة صغيرة بلا حدود تقريبًا إلى ما يقرب من أوكتليون (أي 1 متبوعًا بـ 27 أصفار) مرات في الحجم في أقل من تريليون من الثانية. وأعقبت فترة التضخم هذه فترة توسع تدريجي ، ولكن عنيف ، نعرفها باسم الانفجار العظيم. خلال الإنفجار العظيم ، توسعت كرة نارية ساخنة للغاية من الجسيمات الأساسية - مثل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات - وتم تبريدها لتشكيل الذرات والنجوم والمجرات التي نراها اليوم.
لا تزال نظرية الانفجار الكبير ، التي تصف التضخم الكوني ، هي التفسير الأكثر دعمًا على نطاق واسع لكيفية بدء كوننا ، ومع ذلك لا يزال العلماء في حيرة من كيفية ربط هذه الفترات المختلفة تمامًا من التوسع. لحل هذا اللغز الكوني ، قام فريق من الباحثين في كلية كينيون ، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة ليدن الهولندية ، بمحاكاة الانتقال الحرج بين التضخم الكوني والانفجار الكبير - وهي فترة يسمونها "إعادة التسخين".
وقال ديفيد كايزر استاذ الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في بيان "فترة إعادة التسخين بعد التضخم تحدد شروط الانفجار الكبير وتضع" الانفجار "في الانفجار الكبير إلى حد ما. "إنها فترة الجسر حيث ينكسر كل جهنم وتتصرف المادة بأي طريقة سوى طريقة بسيطة."
عندما تمدد الكون في ومضة من الثانية خلال التضخم الكوني ، انتشرت جميع المواد الموجودة ، تاركة الكون مكانًا باردًا وخاليًا ، خاليًا من الحساء الساخن للجسيمات اللازمة لإشعال الانفجار الكبير. وقالت راشيل نجوين ، طالبة الدكتوراه في الفيزياء بجامعة إلينوي والمؤلفة الرئيسية للدراسة ، إنه خلال فترة إعادة التسخين ، يعتقد أن تضخم الطاقة الدافع يتحلل إلى جسيمات.
وقال نغوين لـ Live Science: "بمجرد إنتاج هذه الجسيمات ، فإنها ترتد وتدق ببعضها البعض ، وتحول الزخم والطاقة". "وهذا ما يسخن الكون ويعيد تسخينه لتهيئة الظروف الأولية للانفجار العظيم."
في نموذجهم ، قامت Nguyen وزملاؤها بمحاكاة سلوك الأشكال الغريبة للمادة المسماة inflatons. يعتقد العلماء أن هذه الجسيمات الافتراضية ، التي تشبه في طبيعتها بوزون هيجز ، خلقت مجال الطاقة الذي دفع التضخم الكوني. أظهر نموذجهم أنه ، في ظل الظروف المناسبة ، يمكن إعادة توزيع طاقة الانفلاتونات بكفاءة لخلق تنوع الجسيمات اللازمة لإعادة تسخين الكون. نشروا نتائجهم في 24 أكتوبر في مجلة Physical Review Letters.
بوتقة للفيزياء عالية الطاقة
قال توم جيبلين ، أستاذ الفيزياء المساعد في كلية كينيون في أوهايو والمؤلف المشارك في الدراسة: "عندما ندرس الكون المبكر ، ما نقوم به حقًا هو تجربة جسيمات في درجات حرارة عالية جدًا". "إن الانتقال من فترة التضخم البارد إلى الفترة الحارة هي الفترة التي يجب أن تحمل بعض الأدلة الرئيسية على الجسيمات الموجودة بالفعل في هذه الطاقات العالية للغاية."
أحد الأسئلة الأساسية التي يعاني منها الفيزيائيون هو كيف تتصرف الجاذبية في الطاقات القصوى الموجودة أثناء التضخم. في نظرية ألبرت أينشتاين عن النسبية العامة ، يعتقد أن جميع المواد تتأثر بالجاذبية بنفس الطريقة ، حيث تكون قوة الجاذبية ثابتة بغض النظر عن طاقة الجسيم. ومع ذلك ، بسبب العالم الغريب لميكانيكا الكم ، يعتقد العلماء أنه ، في طاقات عالية جدًا ، تستجيب المادة للجاذبية بشكل مختلف.
أدرج الفريق هذا الافتراض في نموذجهم من خلال تعديل مدى قوة تفاعل الجسيمات مع الجاذبية. اكتشفوا أنه كلما زادت قوة الجاذبية ، زادت كفاءة الانفلاتون في نقل الطاقة لإنتاج حديقة الحيوان من جزيئات المادة الساخنة التي تم العثور عليها خلال الانفجار العظيم.
الآن ، يحتاجون إلى إيجاد أدلة لدعم نموذجهم في مكان ما من الكون.
قال جيبلين لـ Live Science: "الكون يحمل الكثير من الأسرار المشفرة بطرق معقدة للغاية". "من وظيفتنا أن نتعرف على طبيعة الواقع من خلال ابتكار جهاز لفك التشفير - طريقة لاستخراج المعلومات من الكون. نستخدم المحاكاة لعمل تنبؤات حول ما يجب أن يبدو عليه الكون حتى نتمكن من البدء في فك تشفيره. يجب أن تترك فترة إعادة التسخين هذه بصمة في مكان ما من الكون. نحتاج فقط للعثور عليها ".
لكن العثور على هذه البصمة يمكن أن يكون خادعًا. أقرب لمحة عن الكون لدينا هي فقاعة إشعاعية خلفتها بضع مئات الآلاف من السنين بعد الانفجار العظيم ، تسمى الخلفية الكونية الميكروية (CMB). ومع ذلك ، فإن CMB يلمح فقط إلى حالة الكون خلال تلك الثواني الحرجة الأولى من الولادة. يأمل الفيزيائيون مثل جيبلين أن الملاحظات المستقبلية لموجات الجاذبية ستوفر الأدلة النهائية.
