برای دههها، دانشمندان تصور میکردند که انبساط جهان ناشی از موجودیت جدیدی به نام “اینفلاتون” است، اما پژوهشهای جدید نشان میدهند که این انبساط ممکن است بدون نیاز به آن رخ داده باشد.
در مراحل اولیه جهان، فاز سریعی از انبساط، معروف به “تورم کیهانی”، رخ داد. برای دههها، کیهانشناسان بر این باور بودند که این انبساط توسط موجودیتی جدید در جهان به نام اینفلاتون به وجود آمده است. اما پژوهشهای اخیر حاکی از آن است که ممکن است جهان بدون نیاز به اینفلاتون دچار تورم شده باشد.
در دهه 1348، فیزیکدانی به نام آلن گات تصویری انقلابی از جهان بسیار اولیه ارائه داد. هدف اولیه او حل مشکلاتی بود که در فیزیک انرژی بالا در جهان جوان، چگال و داغ وجود داشت. او مدلی طراحی کرد که در آن یک میدان کوانتومی جدید به نام اینفلاتون، دورهای کوتاه اما بسیار شدید از انبساط شگفتانگیز جهان را ایجاد کرد و جهان را در کمتر از یک ثانیه به میزان قابل توجهی بزرگتر کرد.
تورم کیهانی بهعنوان فرضیهای قوی برای توضیح وضعیت اولیه جهان باقی مانده است، زیرا بسیاری از مشکلات را به طور همزمان حل میکند. برای مثال، این نظریه توضیح میدهد که چرا جهان از نظر هندسی تخت به نظر میرسد: جهان آنقدر بزرگ است که با وجود انحنای کلی آن، هر بخش کوچکی از آن تخت به نظر میرسد. همچنین توضیح میدهد که چرا مناطق بسیار دور از جهان تقریباً شبیه به هم هستند: این مناطق قبل از تورم با یکدیگر در تعامل بودهاند و سپس با تورم از هم جدا شدهاند.
مهمتر از همه، تورم توضیح میدهد که چگونه ساختارهای بزرگمقیاس جهان شکل گرفتهاند. عمل تورم، کف کوانتومی فضا-زمان را گسترش داد و بذرهای گرانشی ایجاد کرد که بعدها به ستارگان، کهکشانها و تار جهان کیهانی تبدیل شدند.
اما همچنان پرسشهایی باقی مانده است. ما نمیدانیم اینفلاتون چیست، چه چیزی آن را قدرت میداد یا چرا خاموش شد. همچنین شواهد قطعی مبنی بر اینکه تورم واقعاً رخ داده است، در دست نداریم.
با توجه به این چالشها، شاید راهی وجود داشته باشد که ویژگیهای مشاهدهشده جهان را بدون نیاز به اینفلاتون بازتولید کنیم. در مقالهای اخیر، اخترفیزیکدانان مدلی توصیف کردهاند که در آن تورم اتفاق میافتد و به ساختارهای بزرگمقیاس جهان منجر میشود، اما بدون اینکه نیروی جدیدی آن را به جلو براند.
این مدل با توصیفی از فضا آغاز میشود که به دلیل یک ثابت کیهانی در حال انبساط است، مشابه انرژی تاریک که در کیهان امروزی مشاهده میکنیم. در این شرایط، کف کوانتومی همان فعالیت معمول خود را انجام میدهد و فضا-زمان را در مقیاسهای زیرمیکروسکوپی دچار نوسان میکند.
این نوسانات امواج گرانشی ایجاد میکنند؛ امواجی که بهصورت موج در فضا گسترش مییابند. امواج گرانشی به تنهایی نمیتوانند بذر ساختارهای بعدی را شکل دهند، زیرا تأثیر آنها بر فضا-زمان مناسب نیست. اما پژوهشگران دریافتند که تحت شرایط خاص، امواج گرانشی ناشی از کف کوانتومی میتوانند دقیقاً نوعی از تغییرات را در فضا ایجاد کنند که برای تشکیل ساختارهای اولیه جهان مناسب باشد.
این تغییرات باید در بسیاری از مقیاسهای طولی یکسان باشند، چرا که این همان الگویی است که در پسزمینه مایکروویو کیهانی، نور باقیمانده از زمان ۳۸۰ هزار سالگی جهان، مشاهده میکنیم. این پستاب ویژگیهای آن ساختارهای اولیه را حفظ کرده و به ما امکان مطالعه مدلهای تورم را میدهد.
بین ساختارهایی که در این مدل تورم بدون اینفلاتون شکل میگیرند و تورم سنتی تفاوتهایی وجود دارد. در این مقاله، پژوهشگران شدت این تفاوتها را محاسبه نکردهاند، اما گام بعدی مهم بررسی پیامدهای مشاهدهای این مدل است.
این مدل کامل نیست. همچنان فرض میکند که ثابت کیهانی در جهان اولیه آنقدر قوی بوده که انبساط سریعی ایجاد کند و مشکلاتی مانند تخت بودن جهان یا شباهت مناطق دورافتاده را توضیح نمیدهد. اما این یک مسیر مطالعاتی جذاب است، زیرا میتواند چشماندازهای جایگزین مفیدی را باز کند که نیازی به اینفلاتون برای تغییرات اولیه جهان ندارند.
با اینکه فکر میکنیم در مسیر درستی قرار داریم ــ به نظر میرسد جهان دورهای از انبساط سریع را پشت سر گذاشته ــ اما هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری باقی مانده است.
در عین حال، این مدل کامل نیست و هنوز نیاز به تحقیقات بیشتری برای تأیید صحت آن و بررسی پیامدهای آن بر جنبههای دیگر کیهانشناسی دارد. این یعنی در حالی که نظریههای تورم کیهانی با اینفلاتون موفقیتهای بزرگی داشتهاند، هنوز گزینههای دیگری برای توضیح ویژگیهای اولیه جهان وجود دارند که نیاز به آزمونهای بیشتر دارند.