التضخم ، نظرية جذابة ولكنها مثيرة للجدل

مشاكل الانفجار العضيم

في عام 1927، استخدم GEORGE LEMAÎTRE معادلات أينشتاين للنسبية العامة لتأسيس النظرية التي وفقًا لها سيتمدد الكون ، وينتج عن حالة مضغوطة للغاية وكثيفة وساخنة. هذه النظرية، التي أطلق عليها FRED HOYLE, اسم "الانفجار الكبير" في عام 1949، كانت موضع شك في البداية من قبل علماء الفيزياء في ذلك الوقت. إن إظهار توسع الكون عبر “redshift” الانزياح الأحمر من قبل EDWIN HUBBLE في عام 1929 واكتشاف الخلفية المنتشرة الكونية في عام 1964 فرض هذا النموذج تدريجيًا في مواجهة منافسيه، بما في ذلك نظرية الكون الأبدي وغير القابل للتغيير التي دافع عنها HOYLE. ومع ذلك، في الثمانينيات، ظلت هناك ثلاث مشكلات رئيسية لم تحلها نظرية الانفجار العظيم.

أ) مشكلة التسطيح: 

وفقًا للنموذج القياسي لعلم الكونيات ، يكون الكون إما مسطحًا أو منحنيًا بشكل إيجابي أو سلبي. يبدو أن الانحناء الهندسي للكون يقترب من الصفر، وهذا يعني نظريًا أنه كان قريبًا جدًا من الصفر في بداية الكون. هذا ممكن وفقًا للنموذج القياسي لعلم الكونيات ولكنه يتطلب تعديلًا فائق الدقة للمعلمات الكونية.

ب) مشكلة الأفق: 

الخلفية المنتشرة الكونية، أثر الضوء المنبعث بعد 380.000 سنة من الانفجار العظيم يبدو متجانسًا ومتساويًا. قد يشير هذا إلى أنه حتى أكثر المناطق النائية في ذلك الوقت كانت قادرة على تبادل المعلومات. ومع ذلك، فإن تبادل المعلومات هذا يتم في أفضل حالاته بسرعة الضوء وليس من الممكن بداهة أنه حدث بعد وقت قصير من الانفجار العظيم.

ج) مشكلة أحادي القطب المغناطيسي:

 أحادي القطب المغناطيسي هي كائنات نظرية تنبأت بها نظرية التوحيد الكبير (التي توحد القوى الضعيفة والكهرومغناطيسية والقوية، ولكنها لم تُلاحظ أبدًا. هذه "نصف مغناطيسات" تتكون من قطب مغناطيسي واحد ، شمالي وجنوبي. سيطرت هذه الأحادية القطب نظريًا على كثافة الطاقة في الكون عندما كان عمره ثانية. في ذلك الوقت، لم تكن هناك تفسيرات مقنعة للغياب الافتراضي أو الكلي للاحتكارات في مرحلتنا من تطور الكون.

حل التضخم

التضخم هو سيناريو لتطور الكون في وقت مبكر، في بضعة أجزاء من المليار من الثانية بعد الانفجار العظيم. تنص على أن الكون مر بمرحلة من التوسع السريع والمتزايد، قبل الاستمرار في التوسع بوتيرة أبطأ. هذه الفكرة التي طورها ALEXEI STAROBINSKY لأول مرة في عام 1970 لاقت نجاحًا كبيرًا عندما اقترح ALAN GUTH الأمريكي ثم الروسي ANDREI LINDE والأمريكي PAUL STEINHARDT في أوائل الثمانينيات نماذجهم الخاصة للتضخم. يفسر هذا الحماس حقيقة أن هذا النموذج الجديد جعل من الممكن حل المشكلات الثلاث المذكورة أعلاه. في الواقع، يجعل التضخم من الممكن الحصول على كون شبه مسطح من أي تكوين أولي. كانت أجزاء الكون التي تبدو بعيدة في الخلفية المنتشرة الكونية  قريبة جدًا في الأصل قبل أن تتحرك متباعدة أضعافًا مضاعفة، مما يسمح لها بتجانس درجة حرارتها. أخيرًا، يساعد التضخم أيضًا في تفسير اختفاء الاحتكارات المغناطيسية. رياضيا، تعتمد نماذج التضخم على النسبية العامة وميكانيكا الكم ونظرية المجال. سيكون بسبب حقل عددي (مثل الحقل الوحيد، boson de Higgs) المرتبط ببوزون افتراضي يسمى "إنفلاتون inflaton ".

أ) تنبؤات نظرية التضخم: 

هناك عدة نماذج للتضخم ، وأبسطها يقدم ستة تنبؤات أساسية. من بينها، يتنبأ التضخم بأن تقلبات درجة الحرارة في الخلفية المنتشرة الكونية لا تعتمد على المقياس الذي تم النظر فيه، والذي تم تأكيده من خلال البيانات الواردة من القمر الصناعي "بلانك Planck"، بالإضافة إلى أربعة من هذه التوقعات الأساسية الأخرى. ومع ذلك، تتنبأ هذه النماذج أيضًا بوجود موجات الجاذبية البدائية التي تم إنتاجها أثناء التضخم والتي لم يتم ملاحظتها مطلقًا.