آیا جهش بزرگ می‌تواند انفجار بزرگ را به‌چالش بکشد؟
آیا جهش بزرگ می‌تواند انفجار بزرگ را به‌چالش بکشد؟
مجله علمی ایلیاد – نظریه‌ی استاندارد تولد کیهان می‌گوید که حدود ۱۴ میلیارد سال پیش، مقدار عظیمی انرژی از هیچ شکل گرفت. در یک لحظه، انبساط سریعی اتفاق افتاد و انفجار انرژی باعث تورم کیهان شد. فرآیند انبساط در منحنی‌های بزرگ‌مقیاس به‌صورت مسطح درآمد و شکل هندسی امروزی پدید آمد. ماده نیز به‌طور کامل با یکدیگر ادغام شد.
توده‌های ذرات هر جا فرصتی به‌دست آورده باشند، در فرآیند ایجاد کهکشان‌ها و ستاره‌ها دست به کار می‌شوند، اما این اجرام فقط نقاط ریزی در کیهانی پهناور به شمار می‌روند. این نظریه که در کتاب‌های درسی با عنوان «تورم» ذکر شده است، تا به امروز با همه‌ی مشاهدات مطابقت داشته و اکثر کیهان‌شناسان آن‌را نظریه‌ای معتبر قلمداد می‌کنند.
اما عده‌ای با برداشت‌های مفهومی آن مشکل دارند. در اکثر نواحی فضا-زمان، انبساط سریع هیچ‌گاه توقف نمی‌پذیرد. در نتیجه، تورم زمینه را برای ایجاد «چند جهانی» فرآهم می‌کند؛ در این چند جهانی، انواع بی‌نهایتی از جهان‌های کوچک وجود دارند که یکی از آن‌ها خانه‌ی ماست. از دیدگاه منتقدان، تورم همه چیز را پیش‌بینی می‌کند؛ این به آن معناست که عملاً هیچ‌چیزی را پیش‌بینی نمی‌کند.
«پائول اشتین‌هارت» معمار تورم که به یکی از منتقدان برجسته‌ی آن تبدیل شده است، می‌گوید: «تورم نتوانسته انتظارات را برآورده کند و دستاورد خاصی به همراه نداشته است.» در سال‌های اخیر، اشتین‌هارت و دیگران داستان متفاوتی از نحوه‌ی پیدایش هستی ارائه کرده‌اند. آن‌ها مجدداً دست به دامان ایده‌ی جهان چرخه‌ای شده‌اند؛ یعنی جهانی که به‌طور دوره‌ای رشد کرده و سپس دچار انقباض می‌شود. آنان امیدوار به تکرار جهانی هستند که با یک انفجار همراه است.
به همین منظور، اشتین‌هارت و همکارانش اخیراً به همکاری با محققانی پرداختند که در زمینه‌ی مدل‌های محاسباتیِ جاذبه تخصص دارند. این متخصصان به تجزیه‌وتحلیل این مسئله می‌پردازند که جهانِ در حالِ فروپاشی چگونه می‌تواند ساختارش را تغییر دهد؛ آنان سرانجام دریافتند که انقباض می‌تواند تورم را در بازی خودش شکست دهد. مهم نیست جهان پیش از انقباض چقدر عجیب و دور از تصور به نظر می‌رسد، فروپاشی می‌تواند طیف وسیعی از فرآیندهای ازلی را از بین ببرد.
«لئوناردو سناتوره» کیهان‌شناس در دانشگاه استنفورد که تورم را با استفاده از روش مشابهی تحلیل کرد، می‌گوید: «ادعایی که این محققان می‌کنند، حائز اهمیت فراوانی است.» وی هنوز فرصت بررسی این جنبه‌های کار را نداشته است، اما از دید سناتوره، محققان گویی به نتیجه‌ی دلخواه رسیده‌اند.
همکاری میان اشتین‌هارت و «آنا ایجیاس» کیهان‌شناس در موسسه‌ی فیزیک گرانشی مکس‌پلانک آلمان، در یک و نیم سال گذشته به دستاوردهای خوبی در خصوص جهان دوره‌ای یا چرخه‌ای منجر شده است. وقتی بحث از تصور انبساط و انقباض کیهان به میان می‌آید، افراد معمولاً بر جهان بادکنک مانندی تمرکز می‌کنند که تغییر اندازه‌ی آن با «ضریب مقیاس» توصیف می‌شود. اما معیار دوم یعنی شعاع هابل که بزرگ‌ترین فاصله‌ای است که می‌توان دید، به سرعت رد می‌شود.
معادلات نسبیت عام، این فرصت را به آن‌ها می‌دهد تا به‌طور مستقل تکامل پیدا کنند؛ اساساً می‌توان جهان را با تغییر هر یک از آن‌ها تغییر داد. مورچه‌ای را روی بادکنک تصور کنید. تورم مثل باد کردن بادکنک است. در جهان دوره‌ای، فرآیند مسطح شدگی در طول دوره‌ی انقباض رخ می‌دهد. در طی این دوره، بادکنک به صورت تدریجی تغییر شکل پیدا می‌کند، اما افقی که به طرز قابل‌توجهی در حال کوچک شدن است، کار اصلی را انجام می‌دهد. گویی مورچه همه چیز را از عینکی می‌بیند که قدرت بزرگنمایی فوق‌العاده قدرتمندی دارد. فاصله‌ای که مورچه می‌بیند، کاهش پیدا می‌کند؛ بنابراین، جهانِ او هر لحظه بی‌ویژگی‌تر می‌شود و جنبه خاصی ندارد.
اشتین‌هارت و همکارانش جهانی را تصور می‌کنند که احتمالاً برای یک تریلیون سال به انبساط خود ادامه می‌دهد و یک میدان فرضی به تامین انرژی آن می‌پردازد. رفتار این میدان، به انرژی تاریک نسبت داده می‌شود. وقتی این میدان انرژی، سرانجام به صورت پراکنده رشد می‌کند، کیهان به آرامی تغییر شکل می‌دهد. در طی چند میلیارد سال، ضریب مقیاس انقباضی همه چیز را به یکدیگر نزدیک‌تر می‌کند، اما همه چیز در یک نقطه جای نمی‌گیرد. تغییر قابل‌ملاحظه از شعاع هابل نشات می‌گیرد؛ که وارد عمل شده و سرانجام به مقیاس میکروسکوپی تبدیل می‌شود.
انقباضِ جهان باعث شارژ مجدد میدان انرژی می‌شود. این میدان دمای کیهان را افزایش داده و اتم‌های آن‌را تبخیر می‌کند. سپس جهش رخ می‌دهد و چرخه از نو آغاز می‌شود. در مدل جهش، شعاع هابل میکروسکوپی، بروز شکل مسطح و صاف را تضمین می‌کند. اگرچه تورم، نواقص اولیه زیادی در نقشه‌ی عظیم‌الجثه چند جهانی ایجاد می‌کند، اما انقباض آهسته سرانجام آن‌ها را از سر راه برمی‌دارد. ما با جهانی روبه‌رو هستیم که هیچ آغاز، پایان، تکینگی در بیگ‌بنگ و هیچ چند جهانی‌ای ندارد.
یکی از چالش‌های پیش روی کیهان‌شناسیِ تورم و جهش، نشان دادن این قضیه است که میدان‌های انرژی‌شان، جهان درست را ایجاد می‌کند و فرقی هم نمی‌کند به چه نحوی آغاز می‌شوند. یکی از کیهان‌شناسان به نام «ایجیاس» می‌گوید: «فلسفه ما این است که نباید هیچ فلسفه‌ای وجود داشته باشد. می‌دانید که فرآیند موردنظر کارساز واقع می‌شود، زمانی که تحت هیچ شرایطی مجبور نیستید بپرسید.»
ایجیاس و اشتین‌هارت تورم را به این خاطر مورد انتقاد قرار می‌دهند که کارش را فقط در موارد خاص انجام می‌دهد؛ مثلاً زمانی که میدان انرژیِ آن بدون هیچ ویژگی قابل‌ملاحظه و با حرکتی اندک ایجاد می‌شود. نظریه‌پردازان این شرایط را به‌طور جامع موردبررسی قرار داده‌اند. در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری اخیری که ایجیاس و اشتین‌هارت در مقاله‌ای آن‌ها را توضیح داده‌اند، مدل انقباض آهسته با چند جهان نوزاد بررسی شد.
با پیروی از کُدی که «فرانسیس پرتوریوس» فیزیکدان نظری در دانشگاه پرینستون که در مدل‌های محاسباتیِ نسبیت عام تخصص دارد ایجاد کرده است، محققان میدان‌های درهم‌پیچیده و ناهنجار را بررسی کردند؛ میدان‌هایی که در جهت اشتباه حرکت می‌کنند. تقریباً در تمامی موارد، فرآیند انقباض جهانی خسته‌کننده مثل جهان خودمان ایجاد شد. اشتین‌هارت در ادامه می‌گوید: «در چند لحظه که انقباض کُند به وقوع پیوست، مثل ابریشم صاف به نظر می‌آید.»
«کتی کلاف» کیهان‌شناس در دانشگاه آکسفورد که در زمینه‌ی راه‌حل‌های عددیِ نسبیت عام تخصص دارد، این شبیه‌سازی‌های جدی را بسیار جامع خوانده است. اما وی به این نکته اشاره کرد که پیشرفت‌های محاسباتی زمینه را برای تحقق این نوع تجزیه‌وتحلیل‌ها فراهم کرده است. از نظر او، کماکان کارهای تحقیقاتی بسیاری پیش روی ماست.
اگرچه نظرات و دیدگاه‌های مختلفی درباره‌ی مدل ایجیاس و اشتین‌هارت مطرح است، اما اکثر کیهان‌شناس سر این موضوع اتفاق‌نظر دارند که تورم کماکان شکست‌ناپذیر است. دانشمندان قرار است کارهای بعدی خود را هم شبیه‌سازی کنند تا جزئیات بیشتری درباره‌ی رفتار تورم برملا شود. دانشمندان همچنین ابراز امیدواری کردند که پس از کنار هم گذاشتن مراحل انقباض و انبساط، خواهند توانست ویژگی‌های منحصربه‌فرد جهان جهشی را نیز شناسایی کنند.