تورم کیهانی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
این صفحه دربارهٔ تورم کیهانی است. برای خواندن دربارهٔ افزایش عمومی قیمت‌ها تورم را ببینید.
شواهد مربوط به امواج گرانشی از زمان نوزادی جهان ممکن است توسط تلسکوپ رادیویی BICEP2 کشف شده‌باشد.[۱][۲][۳][۴]


در کیهان‌شناسی فیزیکی، تورم کیهانی یا تورم به انبساط جهان اولیه با سرعتی بسیار بیشتر از سرعت نور اشاره دارد. دوره تورمی جهان از ۱۰−۳۶ ثانیه پس از مه‌بانگ تا ۱۰−۳۳ یا ۱۰−۳۲ ثانیه پس از آن به طول انجامید. پس از پایان دوره تورمی نیز جهان به انبساط خود با سرعتی کمتر ادامه داد.

فرضیه تورمی توسط فیزیکدان آمریکایی به نام آلن گوث در سال ۱۹۸۰ پیشنهاد شد.[۵] در هفدهم مارچ ۲۰۱۴، اخترقیزیکدانان BICEP2 اعلام نمودند که موفق به آشکارسازی امواج گرانشی تورمی در طیف توان حالت بی شدند و این به منزله تایید محکمی بر نظریه گوث بود. .[۱][۲][۳][۴][۶]

تورم ساختار بزگ مقیاس جهان را توضیح می‌دهد. اغتشاشات کوانتومی در منطقه میکروسکوپی تورمی به اندازه کیهان بزگ شده و به دانه‌هایی برای شکل‌گیری ساختار در جهان تبدیل می‌شوند.(شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها و تشکیل ساختار را ببینید)[۷] همچنین بسیاری از فیزیکدانان بر این باور هستند که نظریه تورمی می‌تواند توضیح دهد که چرا جهان از همه جهات یکسان به نظر می‌رسد(همسانگردی جهان)، چرا تابش زمینه کیهانی توزیع یکنواختی در همه‌جا دارد، چرا جهان تخت است و همچنین چرا تاکنون هیچ تک‌‌قطبی مغناطیسی مشاهده نشده است.

با این که هنوز سازوکار تورم از دیدگاه فیزیک ذرات دانسته نیست، اما براساس تصویر ساده‌ای که در دست هست، پیش‌بینی‌هایی انجام شده که توسط آزمایش‌ها نیز تأیید شده‌اند..[۸] هم‌اکنون تورم جزئی از مدل استاندارد مهبانگ در کیهان‌شناسی است. ذره یا میدان فرضی که مسئول تورم بوده‌است، اینفلاتون نام گرفته است. [۹]

مرور کلی[ویرایش]

جهان در حال انبساط دارای افق کیهان‌شناسی خواهد بود. افق کیهان‌شناسی مرزهای بخشی از جهان است که یک ناظر قادر به مشاهده آن خواهد بود. این بدان معنی است که نوری(و یا هرنوع تابش دیگری) که از جسمی خارج از افق کیهان‌شناسی یک ناظر منتشر شود، هرگز به ناظر نخواهد رسید، زیرا فضای میان جسم و ناظر با سرعت زیادی در حال انبساط است و این دو را از هم دور می‌کند.

وجود افق کیهان‌شناسی باعث می‌شود که تنها بخشی از جهان برای ما قابل دیدن باشد که به آن جهان قابل مشاهده می‌گویند. جهان قابل مشاهده ما بخشی از کل جهان است که ما امکان تاثیرگذاری و تاثیرپذیری با اجزای آن را داریم. لازمه تاثیرگذاری و تاثیرپذیری تبادل اطلاعات فیزیکی مانند انرژی است و از آنجا که هیچ اطلاعاتی از خارج از جهان قابل مشاهده(حتی نور) ما هرگز به ما نمی‌رسد امکان تاثیرگذاری و تاثیرپذیری در فضای خارج از آن وجود ندارد. در مدل کیهان‌شناسی استاندارد مه‌بانگ پیش از معرفی نظریه تورمی، افق کیهان‌شناسی با گذر زمان گسترش می‌یابد و عقب‌تر می‌رود و نواحی جدیدی را به معرض دید می‌گذارد، اما همچنان که یک ناظر این نواحی جدید را می‌بیند تفاوتی بین آنها و نواحی قدیمی‌تر نمی‌یابد: تابش زمینه کیهانی در این نواحی تقریبا همان دمای نواحی دیگر را دارد و خمش فضازمان این نواحی همگام با نواحی قدیمی‌تر تکامل می‌یابد. این مشاهده این پرسش را برمی‌انگیزد که چگونه این نواحی می‌دانستند چه دما و خمشی باید داشته باشند؟ از آنجا که خارج از افق دید بوده‌اند، پیش از این هیچ سیگنالی با این نواحی تبادل نشده‌است. [۱۰][۱۱]

تاریخ گیتی - اینگونه پنداشته می‌شود که امواج گرانشی برآمده از تورم کیهانی هستند، انبساطی سریعتر از نور دقیقا پس از مه‌بانگ (۱۷ مارچ ۲۰۱۴).[۱][۲][۳]

نظریه تورمی اینگونه به پرسش مطرح شده پاسخ می‌دهد که این نواحی از دوره‌ای قدیمی‌تر با یک انرژی خلا بزرگ یا ثابت کیهانی می‌آیند. فضای دارای ثابت کیهانی از نظر کیفی کمی متفاوت است. افق کیهان‌شناسی به جای گسترش و حرکت رو به عقب، ثابت می‌ماند و فاصله ناظر از افق کیهان‌شناسی همواره ثابت است. با انبساط نمایی فضا دو ناظر نزدیک به سرعت تا اندازه‌ای از هم دور می‌شوند که فاصله بین آنها از حد لازم برای برقراری ارتباط بیشتر می‌شود. همه‌چیز به سرعت از افق کیهان‌شناسی خارج می‌شود و به سرعت همگن می‌شوند.

همچنانکه میدان تورمی به آهستگی به خلا می‌آرامد، ثابت کیهانی به سمت صفر می‌رود و جهان شروع به انبساط نرمال می‌کند، نواحی جدیدی که در حین این انبساط نرمال وارد افق دید می‌شوند دقیقا همان نواحی هستند که در دوره تورمی از افق دید خارج شده‌بودند. بنابراین باید تقریبا همان دما و خمش را داشته‌باشند زیرا همگی زمانی در قسمت کوچکی از فضا بوده‌اند.

بدین ترتیب نظریه تورمی توضیح می‌دهد که چرا دما و خمش نواحی مختلف تقریبا یکسان هستند. همچنین پیش‌بینی می‌کند که خمش کلی یک برش از فضا در زمان ثابت جهانی صفر است. این پیش‌بینی ایجاب می‌کند که کل ماده معمولی، ماده تاریک و انرژی خلا به چگالی بحرانی می‌افزایند و شواهد نیز قویا این موضوع را تایید می‌کند. نظریه تورمی به فیزیکدانان اجازه می‌دهد تا تفاوتهای بسیار اندک بین دمای نواحی مختلف را با استفاده از اغتشاشات کوانتومی در دوره تورمی محاسبه کنند و بسیاری از این مقادیر پیش‌بینی شده مورد تایید قرار گرفته‌اند.[۱۲][۱۳]

انگیزه‌ها[ویرایش]

نظریه تورمی چندین مسئله در کیهان‌شناسی مه‌بانگ را که در دهه ۱۹۷۰ مطرح شده‌بودند را حل می‌کند.[۱۴] کشف تورم کیهانی توسط گوث انجام شد، در حالیکه در حال بررسی این مسئله بود که چرا تاکنون هیچ تک‌قطبی مغناطیسی دیده نشده‌است. او دریافت که یک خلا نادرست می‌تواند مطابق نظریه نسبیت عام باعث انبساط نمایی فضا می‌شود. به سرعت این آگاهی به‌وجود آمد که این انبساط می‌تواند بسیاری از مسائل قدیمی دیگر را نیز حل کند. این مسائل برآمده از این مشاهده هستند که جهان می‌بایست شرایط اولیه ویژه و با دقت تنظیم شده‌ای در زمان مه‌بانگ داشته باشد تا بتواند به شکل کنونی که امروزه می‌بینیم باشد. نظریه تورمی می‌کوشد تا این مسائل را با ارائه سازوکار پویایی که جهان را به این حالت ویژه کشانده‌است، در چارچوب نظریه مه‌بانگ حل نماید.

منابع[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ ۱٫۲ Staff (17 March 2014). "BICEP2 2014 Results Release". National Science Foundation. Retrieved 18 March 2014. 
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ ۲٫۲ Clavin, Whitney (17 March 2014). "NASA Technology Views Birth of the Universe". NASA. Retrieved 17 March 2014. 
  3. ۳٫۰ ۳٫۱ ۳٫۲ Overbye, Dennis (17 March 2014). "Space Ripples Reveal Big Bang’s Smoking Gun". The New York Times. Retrieved 17 March 2014. 
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ Overbye, Dennis (24 March 2014). "Ripples From the Big Bang". New York Times. Retrieved 24 March 2014. 
  5. Chapter 17 of Peebles (1993).
  6. خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en در خط 865: Unrecognized manual ID mode.
  7. Tyson, Neil deGrasse and Donald Goldsmith (2004), Origins: Fourteen Billion Years of Cosmic Evolution, W. W. Norton & Co., pp. 84–5.
  8. Tsujikawa, Shinji (28 Apr 2003). "Introductory review of cosmic inflation". ArXiv.org. 
  9. Guth, Alan H. (1997). The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Basic Books. pp. 233–234. ISBN 0201328402. 
  10. Using Tiny Particles To Answer Giant Questions. Science Friday, 3 April 2009.
  11. See also Faster than light#Universal expansion.
  12. Spergel, D.N. (2006). Three-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: Implications for cosmology. "WMAP... confirms the basic tenets of the inflationary paradigm..." 
  13. Our Baby Universe Likely Expanded Rapidly, Study Suggests
  14. Much of the historical context is explained in chapters 15–17 of Peebles (1993).