دانشمندان معتقدند که به احتمال زیاد نسبیت عام برای توصیف نخستین لحظات جهان کامل نیست؛ چراکه در زمان مطرح شدن این نظریه، اثرات گرانش کوانتومی در پدیده ایجاد جهان، لحاظ نشده بودند.
گرانش کوانتومی؛ تعریف تازه دانشمندان در پدیده بیگبنگ
امروزه دانشمندان به تعریف تازهای از گرانش و پدیده بیگبنگ یا مهبانگ رسیدهاند؛ تعریفی که نگاه ما را نسبت به اولین لحظات تشکیل کیهان تغییر میدهد. این تعریف جدید گرانش که به نوع کوانتومی آن مربوط است، جنبههایی از بیگبنگ را مشخص میکند که نظریه معروف آلبرت اینشتین، یعنی نسبیت عام در توضیح آنها ناتوان است. به عقیده دانشمندان با این تعریف، حتی فرضیه پیچیده وجود تکینگی پیش از آغاز جهان نیز از میان برداشته میشود.
اثبات مفهوم این نوع گرانش برای فیزیکدانان به اندازه جام مقدس ارزشمند است، چراکه شکاف موجود میان توضیح ما از جهان، در مقیاسهای عظیم کیهانی مانند آنچه در نسبیت عام گفته شده و مقیاسهای بسیار کوچک مانند فیزیک کوانتومی را پر میکند.
البته نسبیت عام تنها در توضیح مقیاسهای کوچک ناتوان نیست، بلکه در توضیح شرایط فوقالعاده پرانرژی ساخت جهان در اولین لحظات نیز نواقصی دارد. برای حل این مسئله، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی نیایش افشردی، استاد فیزیک و نجوم دانشگاه واترلو و موسسه پریمیتر، نظریهای به نام گرانش درجه دوم کوانتومی را مورد بررسی قرار دادهاند؛ نظریهای که طبق شواهد در توضیح تولد کیهان در شرایط بسیار چگال و داغ کارآمد است.
افشردی در این زمینه میگوید: «نسبیت عام در بسیاری از شرایط بهطرز فوقالعادهای خوب عمل میکند، اما وقتی آن را به عقب و تا مهبانگ دنبال کرده یا برای توضیح درون سیاهچالهها به کار میبریم، به یک تکینگی میرسیم؛ لحظهای که در آن چگالی، خمیدگی و دما بینهایت شده و کمبود نظریه گرانش کوانتومی بیشتر احساس میشود. این تکنیگی یک نشانه دارد: درحالی به نظریه استناد شده که شواهدی در مورد غیرقابل اعتماد بودن آن وجود دارد. به بیان دیگر، نسبیت عام برای توصیف نخستین لحظات جهان کامل نیست و اثرات کوانتومی نیز برای توضیح این پدیده اهمیت زیادی دارند.»
گسترش تصویر استاندارد نسبیت عام
افشردی در ادامه میگوید که در تصویر استاندارد مهبانگ، دانشمندان تعریف خود را از نظریه گرانش اینشتین آغاز کرده و سپس برای توضیح نخستین لحظات جهان، مولفههای دیگری به آن اضافه میکنند. یکی از مهمترین مولفهها در این زمینه، میدان تورمی فرضی است که برای توضیح انبساط سریع اولیه کیهان در نظر گرفته میشود.
همچنین به گفته او: «رویکرد ما برای پاسخ به این پرسش است که آیا بخشی از رفتار جهان آغازین مستقیما از خود گرانش ناشی میشود؟ البته اگر گرانش به شکلی گسترش پیدا کند که در انرژیهای بسیار بالا رفتار پایدارتری داشته باشد. درواقع، بهجای آنکه مهبانگ را نقطهای بدانیم که معادلات ما در آن از کار میافتند و با فرضیات اضافی آن را ترمیم میکنیم، نظریه جدیدی را بررسی خواهیم کرد. در این نظریه گرانش از ابتدا عناصر لازم برای توصیف مرحله آغازین را در خود دارد. این همان چیزی است که فیزیکدانان آن را تکمیل فرابنفش مینامند؛ نظریهای که حتی در انرژیهای بسیار بالا نیز کامل و سازگار باقی میماند.»
بهعبارت دیگر، نسخه سازگار با کوانتوم گرانش که این تیم ارائه کرده، مدلی کاملتر برای اتفاقات آغازین کیهان است و نیاز به مفهوم مسئلهساز تکینگی اولیه را از میان بردارد.
درک عمیقتر منشا کیهان با نظریه کوانتوم در گرانش
افشردی در ادامه توضیح نظریه گرانش کوانتومی میگوید: «مدل ما با دادههای فعلی تطابق بسیار خوبی دارد و در برخی موارد حتی بهتر از برخی مدلهای استاندارد تورم عمل میکند.» به گفته او: «وقتی نظریه در چهارچوبی سازگار با انرژیهای بالا یا همان تکمیل فرابنفش بررسی میشود، مرحلهای شبیه به تورم و به شکل کاملا طبیعی از دل آن بیرون میآید؛ چیزی که بهشدت شگفتانگیز است. به عقیده او، ما تورم را چیزی میدانیم که باید به گرانش اضافه شود، بنابراین احتمال اینکه خود گرانش آن را ایجاد کند، بسیار چشمگیر است. بهطور کلی، این موضوع که یک گسترش نسبتا کوچک از نظریه اینشتین تا این اندازه در حل مسئله عمیق منشا کیهانی پیشروی دارد، دلگرمکننده است.»
این پژوهشگر افزود که گام بعدی تیم، دقیقتر کردن پیشبینیهای رصدی مدل و مقایسه دقیق آن با دادههای آینده است.
او اینطور ادامه داد: «دو مسیر اصلی وجود دارد. ابتدا مسیر نظری که در آن میخواهیم این چهارچوب را عمیقتر درک کرده و بررسی کنیم که نتایج، فراتر از شرایط سادهشدهای که مطالعه کردیم، تا چه اندازه پایدار هستند. مسیر دوم رصدی است و در آن بهدنبال ارائه پیشبینیهای روشنتری درباره امواج گرانشی آغازین و دیگر بقایای جهان اولیه هستیم. این کار پاسخی برای این سوال خواهد بود که آیا این ایده را میتوان از مدلهای متعارفتر تورم متمایز کرد یا نه؟»
بررسی شواهد رصدی
شواهد رصدی برای تایید نظریه این تیم از برخی سیگنالهای بسیار قدیمی قابل مشاهده در جهان به دست میآید؛ بهویژه موجهای بسیار ظریف در فضا-زمان که امواج گرانشی آغازین نام دارند. همچنین ردپاهای نامحسوسی در یک فسیل کیهانی موسوم به تابش زمینه کیهانی مایکروویو یا CMB، که بازمانده نخستین نور جهان است، نیز جزو شواهد تایید نظریه گرانش کوانتومی هستند.
افشردی در اینباره نیز میگوید: «این شواهد از معدود ابزارهایی هستند که اطلاعات مستقیمی درباره فیزیک در زمانهای آغازین جهان به ما میدهند. بااینحال اگر رصدهای آینده الگوی درستی از امواج گرانشی آغازین یا ردپاهای شاخص دیگری در CMB را آشکار کنند، میتوان از آنها هم برای ایجاد تصویری واضحتر از جهان اولیه استفاده کرد؛ همچنین این موضوع که آیا به توضیحات بیشتر نیاز داریم یا نه، مشخص خواهد شد.» اگر شما هم بهدنبال شناخت بیشتر کیهان و منظومه شمسی هستید، توصیه میکنیم مسیر خود را با مطالعه مطالبی مانند بیش از 150 واژه نامه نجومی | فرهنگ اصطلاحات تخصصی آسمان و ستارگان آغاز کنید.
