در کسریازثانیه پساز مهبانگ، جهان نه با آرامش بلکه با انفجاری از انبساط آغاز شد. خودِ فضا در این لحظاتِ نخستین با سرعتی فراتر از نور گسترش یافت و ساختاری بنیادین به هستی بخشید. این پدیدهٔ شگفتانگیز که تورمِ کیهانی نامیده میشود، کلیدِ درکِ معماریِ کهکشانها، ماهیتِ تابشِ زمینهٔ کیهانی و حتی سرنوشتِ نهاییِ جهان محسوب میشود.
انبساطِ نمایی: ارقامی فراتر از شهودِ انسانی
تورمِ کیهانی در کیهانشناسی به مرحلهای از انبساطِ نمایی اشاره دارد که تنها پساز رویدادِ مهبانگ رخ داد. در این بازهٔ زمانیِ بسیار کوتاه، فواصل میان نقاطِ فضا با شتابی عظیم افزایش یافت؛ بهعنوانِ مثال در برخی برآوردها هرِ 10^-37 ثانیه فواصل چند برابر میشد. کلِ جرم و انرژیِ کهکشانهای قابلمشاهدهٔ امروز در آغاز در کرهای کوچکتر از یک اتم متمرکز بود و تا پایانِ دورهٔ تورم شعاعِ آن به حدود ۰٫۹ متر رسید. مرکزِ کیهانشناسیِ نظریِ دانشگاهِ کمبریج این ضریبِ انبساط را در حدودِ e^60 (تقریباً 10^26) برآورد میکند. پایانِ این مرحله با فرایندِ بازگرمایش همراه بود؛ لحظهای که انرژیِ میدانِ تورم به ذراتِ بنیادیِ داغ تبدیل شد و جهان را واردِ فازِ انبساطیِ کندتری نمود.
معمارانِ نظریه و کشفِ تصادفی
ایدهٔ تورم در اواخرِ دههٔ 1970 و اوایلِ 1980 توسط آلن گوث، آندری لینده و آلکسی استاروبینسکی شکل گرفت. گوث ابتدا در تلاش برای حلِ معمای عدمِ مشاهدهٔ تکقطبهای مغناطیسی در برخی مدلها به وجودِ حالتی بهنامِ «خلأِ کاذب» پی برد. محاسبات نشان داد این حالتِ دارای انرژیِ مثبت بر پایهٔ نسبیتِ عام میتواند فضایِ جهان را بهصورتِ نمایی منبسط کند. این کشف نه تنها معمایِ تکقطبها را توضیح داد، بلکه با ارائهٔ پاسخی کارآمد به مسائلِ افق و تختشدگی، پارادایمِ کیهانشناسی را دگرگون ساخت. برخی از بنیانگذارانِ این نظریه بعدها جوایزی معتبر در فیزیک دریافت کردند.
حلِ بحرانهایِ کیهانی با کششِ فضا
تورمِ کیهانی راهحلی ریاضی و فیزیکی برای چندین بنبستِ نظری در مدلِ استانداردِ کیهانشناسی ارائه داد:
- مسئلهٔ افق: مناطقِ دوردستِ کیهان دمای یکسانی در تابشِ زمینهٔ کیهانی دارند، درحالیکه زمانِ کافی برای تبادلِ گرمایی میانِ آنها وجود نداشته است. تورم توضیح میدهد که این مناطق پیشازِ انبساطِ سریع در تماسِ علّی بودهاند و پساز آن از هم جدا شدهاند.
- مسئلهٔ تختشدگی: هندسهٔ جهانِ امروزی بسیار نزدیک به تخت است. انبساطِ نماییِ اولیه هر نوعِ انحنا یا خمیدگیِ ابتدایی را صاف کرد؛ درست مانندِ باد کردنِ یک بادکنکِ غولپیکر که سطحِ آن تخت بهنظر میرسد.
- مسئلهٔ تکقطبها: برخی نظریههای وحدتِ بزرگ پیشبینیِ فراوانیِ ذراتِ سنگینِ تکقطبی را میکردند. تورم با رقیقسازیِ شدیدِ این ذرات در فضایِ درحالِ گسترش، چگالیِ آنها را به مقادیرِ تقریباً ناچیزی کاهش داد.
شواهدِ رصدی و چالشهایِ نسلِ جدید
نوساناتِ کوانتومی در مقیاسِ میکروسکوپی، در پیِ کششِ فضایی در دورانِ تورم، به نوساناتِ چگالیِ ماکروسکوپی تبدیل شدند و بذرِ تشکیلِ ساختارهایی مانندِ کهکشانها را کاشتند. دادههای مأموریتهایی مانندِ WMAP و پلانک نقشِ این نوسانات را با دقتِ بالا ثبت کردهاند. با این حال، نظریهٔ تورم همچنان در کانونِ بحثهایِ علمی قرار دارد؛ مدلهای متعددی برای توصیفِ دقیقِ این دوره پیشنهاد شدهاند و پژوهشگران در پیِ پیشبینیهایی ملموستر در زمینهٔ قطبشِ نوعِ B در تابشِ زمینهٔ کیهانی هستند. مأموریتهایِ آینده مانندِ تلسکوپِ میدانِ وسیعِ نسلِ بعد و آشکارسازهایِ امواجِ گرانشی احتمالاً سرنخهایی حیاتی برای روشنکردنِ مکانیزمِ دقیقِ میدانِ تورمی فراهم خواهند کرد.
بررسیِ دادههایِ نسلِ جدیدِ ابزارهایِ رصدی فصلِ بعدیِ این داستانِ علمی را رقم خواهد زد. دروازهای که تورمِ کیهانی بهرویِ ما گشود نشان میدهد که کیهانِ ما محصولِ لحظاتی بنیادین است که قوانینِ فیزیکِ کوانتومی و نسبیتِ عام در نقطۀ تلاقی قرار گرفتند و هستیِ امروزی را پدید آوردند.
