وفقًا للنموذج الكوني Big Bang ، بدأ كوننا قبل 13.8 مليار سنة عندما بدأ كل المواد والطاقة في الكون في التوسع. يعتقد أن هذه الفترة من "التضخم الكوني" هي ما يفسر الهيكل الواسع للكون ولماذا يبدو الفضاء والخلفية الميكروية الكونية (CMB) متجانسين إلى حد كبير في جميع الاتجاهات.
ومع ذلك ، حتى الآن ، لم يتم اكتشاف أي دليل يمكن أن يثبت بالتأكيد سيناريو التضخم الكوني أو استبعاد النظريات البديلة. ولكن بفضل دراسة جديدة أجراها فريق من علماء الفلك من جامعة هارفارد ومركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ، قد يكون لدى العلماء وسيلة جديدة لاختبار أحد الأجزاء الرئيسية في النموذج الكوني الانفجار الكبير.
وقد ظهرت ورقتهم ، التي تحمل عنوان "بصمات فريدة لبدائل التضخم في طيف الطاقة الأساسي" ، على الإنترنت مؤخرًا ويتم النظر في نشرها في رسائل المراجعة البدنية. أجرى الدراسة كل من Xingang Chen و Abraham Loeb - وهو محاضر أول في جامعة هارفارد ورئيس فرانك دي بيرد لعلم الفلك في جامعة هارفارد على التوالي - وزونج زهي شيانيو ، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء في جامعة هارفارد.
لتلخيص ، في علم الكونيات الفيزيائي ، تنص نظرية التضخم الكوني على أنه في 10-36 بعد ثوان من الإنفجار العظيم ، بدأ التفرد حيث تركزت كل المادة والطاقة في التوسع. ويعتقد أن هذه "الفترة التضخمية" استمرت حتى 10-33 إلى 10-32 ثواني بعد الإنفجار الكبير. بعد ذلك ، بدأ الكون في التوسع ببطء أكثر. وفقًا لهذه النظرية ، كان التمدد الأولي للكون أسرع من سرعة الضوء.
النظرية القائلة بوجود مثل هذه الحقبة مفيدة لعلماء الكون لأنها تساعد في تفسير سبب كون الكون لديه نفس الظروف تقريبًا في مناطق بعيدة جدًا عن بعضها البعض. بشكل أساسي ، إذا نشأ الكون من حجم صغير من الفضاء تم تضخيمه ليصبح أكبر مما يمكننا ملاحظته حاليًا ، فسوف يفسر لماذا يكون الهيكل الواسع للكون متجانسًا ومتجانسًا تقريبًا.
ومع ذلك ، هذا ليس بأي حال من الأحوال التفسيرات الوحيدة لكيفية ظهور الكون ، والقدرة على تزوير أي منها كانت مفتقرة تاريخياً. كما أخبر البروفيسور أبراهام لوب مجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"على الرغم من أن العديد من الخصائص الملحوظة للهياكل داخل كوننا تتوافق مع سيناريو التضخم ، إلا أن هناك العديد من نماذج التضخم التي يصعب تزويرها. أدى التضخم أيضًا إلى فكرة الأكوان المتعددة التي يحدث فيها أي شيء يمكن أن يحدث بعدد لا نهائي من المرات ، ومن المستحيل تزوير هذه النظرية من خلال التجارب ، وهي العلامة التجارية للفيزياء التقليدية. حتى الآن ، هناك سيناريوهات متنافسة لا تتضمن التضخم ، حيث يتقلص الكون أولاً ثم يرتد بدلاً من البدء في الانفجار العظيم. يمكن لهذه السيناريوهات أن تضاهي ما يمكن ملاحظته من تضخم. "
من أجل دراستهم ، طور لوب وزملاؤه طريقة مستقلة عن النموذج لتمييز التضخم عن السيناريوهات البديلة. بشكل أساسي ، يقترحون أن الحقول الضخمة في الكون البدائي ستشهد تقلبات كمومية واضطرابات في الكثافة من شأنها أن تسجل مباشرة مقياس الكون المبكر كدالة للوقت - أي أنها ستعمل كنوع من "الساعة القياسية للكون".
من خلال قياس الإشارات التي يتوقعون أنها ستأتي من هذه الحقول ، يفترضون أن علماء الكونيات سيكونون قادرين على معرفة ما إذا كان هناك اختلافات في الكثافة أثناء التعاقد أو في مرحلة التوسع في الكون المبكر. وهذا سيسمح لهم بشكل فعال باستبعاد بدائل للتضخم الكوني (مثل سيناريو الارتداد الكبير). كما أوضح لوب:
"في معظم السيناريوهات ، من الطبيعي أن يكون لديك مجال ضخم في الكون المبكر. تتذبذب الاضطرابات في المجال الضخم على نطاق مكاني معين في الوقت المناسب مثل كرة تصعد وتنخفض في بئر محتمل ، حيث تملي الكتلة تردد التذبذبات. لكن تطور الاضطرابات يعتمد أيضًا على النطاق المكاني قيد الدراسة بالإضافة إلى عامل المقياس الأساسي (الذي يزداد بشكل كبير خلال النماذج العامة للتضخم ولكنه ينخفض في نماذج التعاقد).
وقال لوب إن هذه الاضطرابات ستكون مصدر أي اختلافات في الكثافة يلاحظها علماء الفلك في مجلة الفضاء. يمكن تحديد كيفية تشكيل هذه الاختلافات من خلال مراقبة الكون الخلفي - على وجه التحديد ، سواء كان يتوسع أو يتقلص ، والذي يمكن للفلكيين التمييز بينه.
وأضاف لوب: "في استعراضي ، يؤثر عامل المقياس للكون على معدل سحب الشريط بينما تترك الساعة علامات على ذلك". "الإشارة الجديدة التي نتوقعها مطبوع على كيفية تغير مستوى عدم التماثل في الكون مع النطاق المكاني."
باختصار ، حدد لوب وزملاؤه إشارة محتملة يمكن قياسها باستخدام الأدوات الحالية. يشمل ذلك أولئك الذين درسوا خلفية الميكرويف الكونية (CMB) - مثل وكالة الفضاء الأوروبية بلانك المرصد الفضائي - وتلك التي تجري مسوحات المجرات - مسح سلون الرقمي للسماء ، تلسكوب مسح VLT ، تلسكوب Dragonfly ، إلخ.
في دراسات سابقة ، تم اقتراح أنه يمكن الكشف عن اختلافات الكثافة في الكون البدائي من خلال البحث عن أدلة على عدم وجود Gaussianities ، وهي تصحيحات لتقدير دالة Gaussian لقياس كمية فيزيائية - في هذه الحالة ، CMB. ولكن كما قال لوب ، لم يتم اكتشافها حتى الآن:
"تتأرجح الإشارة التذبذبية الجديدة في طيف القدرة لاضطرابات الكثافة البدائية (التي تُقاس بشكل روتيني من الخلفية الكونية للميكروويف [CMB] أو المسوحات المجرية) ، في حين أن الاقتراحات السابقة في الأدبيات تضمنت تأثيرات تتعلق بغير الغوسية ، والتي هي أكثر من ذلك بكثير تحدي القياس (ولم يتم اكتشافه حتى الآن). النتائج الواردة في ورقتنا في الوقت المناسب للغاية حيث يتم جمع مجموعات البيانات الموسعة من خلال الملاحظات الجديدة لتضارب CMB ومسوحات المجرات.
ربما كان فهم كيفية بدء كوننا هو أهم الأسئلة الأساسية في العلوم وعلم الكونيات. من خلال تطبيق هذه الطريقة ، يمكن استبعاد التفسيرات البديلة لكيفية بدء الكون ، وسوف يقربنا خطوة واحدة من تحديد أصول الزمان والمكان والحياة نفسها. الأسئلة "من أين نأتي؟" و "كيف بدأ كل هذا؟" قد يكون في النهاية إجابة نهائية!
