فرادرسمنشا ساختار عالم چیست؟ | هر آنچه باید بدانید
در این مطلب پنجمین سوال بی‌جواب کیهان شناسی یعنی منشاء ساختار عالم را بر اساس نظریه استاندارد کیهان‌شناسی بررسی می‌کنیم. این سوال به نوعی عکس سوال مربوط به یکنواختی و تختی عالم است. پیش از این و در مطلب عالم یکنواخت و تخت پرسیدیم که چرا هستی تا این اندازه یکنواخت است و حال می‌پرسیم چرا هستی کاملاً یکنواخت نیست و منشاء ساختار عالم چیست؟ اگر جواب این سوال برای شما نیز جالب است این مطلب را از دست ندهید.
منشاء ساختار عالم
ایده‌ای که در بین کیهان‌شناسان طرح می‌شود این است که کهکشان‌ها از نوسانات در چگالی ماده در هستی اولیه به وجود آمده‌اند. ستاره‌شناسان توزیع مقیاس بزرگ کهکشان‌ها را برای آزمایش تئوری‌های مربوط به چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها و نیز یافتن پاسخ‌هایی در مورد منشاء نوسانات اولیه، مورد مطالعه قرار داده‌اند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که این نوسانات تاثیر خود را روی تابش‌های پس زمینه کیهانی نیز باقی گذاشته‌اند.
حال زمان آن است که سوال بی‌جواب پنجم بر اساس نظریه استاندارد کیهان شناسی را بررسی کنیم. سوال پنجم این است که نوسانات اولیه که منشاء ساختار عالم هستند از کجا ناشی می‌شوند؟
همان طور که گفتیم بر اساس مدل تورمی بخش بسیار کوچکی از فضا با ضریب بسیار بالا منبسط می‌شود. همچنین نشان دادیم که حل مشکل افق رویداد و توضیح آن توسط نظریه استاندارد کیهان شناسی به این موضوع بستگی دارد که فضا با مرتبه‌‌ای بزرگ و به مقدار بسیار زیادی منبسط شود.
این موضوع نشان می‌دهد که مقیاس‌های فعلی کیهان شناختی (ده‌ها تا صدها مگاپارسک)، در زمان تورم به مقیاس‌های درون اتمی مربوط بوده است. بدین معنی که ممکن است یک جسم کیهانی با اندازه ده تا صد مگاپارسک قبل از تورم یک اتم بوده باشد که در دوره تورم به صورت نمایی رشد کرده است.
این بزرگ نمایی شدید به این معنا است که ساختارهای مقیاس بزرگ که امروز شاهد آن‌ها هستیم ممکن است ریشه در بی قاعدگی‌ها و بی‌نظمی‌های درون اتمی در هستی پیش از تورم داشته باشند. اما چنین بی قاعدگی‌هایی در ابتدا از کجا آمده است؟
بر اساس بررسی‌ها فضا و انرژی خلاء، از ذرات مجازی پر شده است كه در نتيجه اصل عدم قطعيت هايزنبرگ به شكل مداوم در حال به وجود آمدن و نابود شدن هستند.
به طور مشابه نوسانات کوانتومی که در طی تورم رخ داده احتمالاً به واسطه انبساط بسیار سریع عالم بزرگ شده‌اند و باعث تغییرات ماکروسکوپیک در چگالی ماده گردیده‌اند. احتمالاً همین تغییرات پس از تکامل، منشاء ساختارهای مقیاس بزرگی هستند که ما امروزه در اطراف خود شاهد آن‌ها هستیم.
هرچند توافقی بر اینکه دقیقاً چه چیز باعث تورم شده وجود ندارد اما مدل‌های پیشنهادی موجود پیش‌بینی کاملاً دقیقی در مورد نوسانات کوانتومی که ممکن است رخ داده باشند ارائه می‌دهند. به شکل کلی این نوسانات به دليل تورم آنقدر بزرگ شده‌اند تا به مقیاس افق هستی قابل رویت رسیده‌اند. هنگامی که این اتفاق رخ می‌دهد سيگنال‌ها دیگر نمی‌توانند از یک رویه نوسان به رویه دیگر منتقل شوند. به همین دلیل نوسانات که قادر به هموار کردن خود به سمت خارج نبوده، منجمد شده و با رشد ضریب مقیاس منبسط شده‌اند.
هنگامی که نوسانات اولیه و قدیمی‌تر فراتر از فاصله افق رویداد کیهانی پیشروی کرده‌اند باعث ایجاد نوسانات کوانتومی جدید شده و اين نوسانات سبب تغییرات چگالی در مقیاس کوچکتری شده‌اند.
نتایج دقیق هر مدل تورم با مدل دیگر تفاوت دارد اما نتایج کلی آن دامنه‌ای از نوسانات و تغییرات چگالی با شدت تقریباً مشابه روی دامنه وسیعی از مقیاس‌های مربوط به اندازه است. در حقیقت نوسانات و تغییراتی در چگالی مشاهده می‌شود که در مقیاس‌های کوچک و بزرگ مشابه یکدیگر هستند.
بعد از تورم، عالم به انبساط خود ادامه داده اما سرعت انبساط تا حد بسیار زیادی کاهش پیدا کرده به گونه‌ای که با گذر زمان افق کیهانی در حال رشد، ماده بیشتر و بیشتری از هستی را در برگرفته است.
هنگامی که افق رویداد کیهانی با سرعت نور در حال انبساط بوده موادی که در زمان تورم خارج از افق قرار داشته به افق بازگشته و با خود نوسانات چگالی به همراه آورده‌اند.
آخرین نوسانات چگالی که فراتر از افق متورم شده‌اند، جزو اولین نوساناتی بوده‌اند که بعد از تورم به افق بازگشته‌اند اما این نوسانات توسط نوسانات دیگر چگالی در مقیاس‌های بزرگ و بزرگتر مجدداً مختل شده‌اند.
با بازگشت به درون افق رویداد کیهانی نوسانات چگالی متوقف شده و با توجه به زمان بازگشت به داخل افق رویداد به صورت قوی و ضعیف در داخل آن قرار گرفته‌اند.
الگوی نوسانات چگالی که با مدل تورمی به دست می‌آید (با دامنه یکسان روی تمام مقیاس‌ها) با نتایج رصدی ابرخوشه‌های کهکشانی، خوشه‌ها و غیره، همخوانی دارد.
بدین ترتیب از آنجا که تورم یکی از توضیحات ممکن برای منشاء تمام ساختارهایی که ما در هستی می‌بینیم را ارائه می‌دهد، ممکن است منشاء تمام عالم از نوسانات کوانتومی باشد.
بر اساس مدل تورمی بزرگترین ساختارهای ماکروسکوپیک ممکن است ریشه در دنیای کوانتوم میکروسکوپیک داشته باشند.
جمع‌بندی
در این مطلب در مورد منشاء ساختار عالم صحبت کردیم. همانطور که می‌دانید در کیهان شناسی هشت سوال بی پاسخ وجود دارد که عبارتند از:
- ماهیت ماده تاریک چیست؟
- ماهیت انرژی تاریک چیست؟
- چرا عالم یکنواخت است؟
- چرا عالم هندسه تخت (k=0) دارد؟
- ساختارها از کجا می‌آیند؟
- چرا میزان ماده از پادماده بیشتر است؟
- در زمان 0 =t (در ابتدای عالم) چه رخ داده است؟
- چرا هستی به شکل فعلی آن است؟
در این مطلب در مورد سوال پنجم که در مورد منشاء ساختار عالم است صحبت کردیم. سوال و موضوع اصلی این است که منشاء ساختار عالم چیست؟ این سوال را نیز مانند سوالات بی‌جواب سوم و چهارم کیهان شناسی، نظریه تورم توضیح می‌دهد. در حقیقت براساس این نظریه، منشاء ساختار عالم نوسانات کوانتومی بوده که به دلیل تورم در کل عالم منتشر شده‌اند.
با سلام خدمت خانم دکتر سارا داستان و تشکر بابت ارائه خدمات ارزنده علمی ،
این حقیر بر این باورم که علت اصلی انبساط تکینگی فیزیکی اولیه، نوسانات کوانتمی نبوده است بلکه ریزش انرژی و جرم از طریق سقوط آزاد و چرخشی در اطراف محور هندسی از قله یا راس بسوی دامنه یا قاعده. در لحظه ای که محتوای کل کیهان در مرکز آن متراکم و داغ و چگال بوده است، آن نقطه مرکزی نقش رفیع ترین قله و محیط جهان نقش عمیق ترین دامنه را بازی کرده اند. در فاز انقباض این دو نقش عوض خواهند شد، یعنی محیط جهان به رفیع ترین قله باز و هم سطح و مرکز آن به عمیق ترین دامنه متراکم تبدیل خواهند شد. لذا نوسانات متوالی باز و بسته شدن یا انبساط و انقباض محتوای کیهان نیازی به نیروهای دافعه و جاذبه ندارند.
اشتباه بزرگ منجمین و کیهان شناسان این است که زمان و مکان مطلق نیوتن را بطور کامل بدست فراموشی سپرده اند و فقط به کمک زمانمکان نسبی انشتین بهمراه جنبش کوانتمی می خواهند علت انبساط را شرح دهند. مکان مطلق یا فضای هندسی سه بعدی نقش نگهدارنده محتوا را بازی می کند و زمان مطلق نقش رقم زننده عمر موجودات و کیهان و حرکت و سوق دادن محتوای کیهان بسوی آینده.