على خريطة غير متكافئة للآثار الفضائية من أصلها مرئية

يظهر نمط غريب في صورة الكون المبكر الذي تم الحصول عليه من تلسكوب بلانك: تقلبات درجة الحرارة في جزء من السماء إلى يمين الخط الرمادي أقوى من جزءها على يسار الخط

إذا اصطدم كوننا بكون مجاور في لحظة نموه الحاد في الثانية الأولى من الوجود ، فإن مثل هذا الاصطدام سيترك علامة. ويعتقد ماثيو كليبان أنه يراقب مثل هذا المسار في أكثر الصور الموجودة تفصيلاً في فجر الكون. تؤكد صورة الأقمار الصناعية الاستنتاج المستمد من الصورة السابقة: نصف المساحة الشابة كانت أكثر خشونة من الأخرى.

نظرًا لعدم وجود ما يكفي من المعلومات الأخرى حول ما حدث في اللحظات الأولى من وجود الكون ، يحاول كلبان ، جنبًا إلى جنب مع العشرات من علماء النظريات الكونية ، تجميع تاريخ أصل الفضاء استنادًا إلى دليل محبب جديد.


ماثيو كليبان ، أستاذ الفيزياء المشارك في جامعة نيويورك وطالب الدراسات العليا مارجوري شيلو يناقشان اصطدام فقاعتي الكون

قال كليبان: "عندما اصطدم بعضهم ببعض ، ظهرت موجة صدمة انتشرت في جميع أنحاء الكون". مثل هذه الموجة - إذا كان هذا بالضبط ما تظهره الصورة - ستعمل كدليل على فرضية الأكوان المتعددة ، والفكرة المعروفة ولكن غير المثبتة أن كوننا هو واحد فقط من عدد لا نهائي من الأكوان التي تنشأ في فراغ كبير.

يعتقد معظم علماء الكون أن هذا المسار قد يكون كاذبًا.

قال مارك كاميونكوفسكي ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في الجامعة: "هذه لعبة عالية المخاطر". جون هوبكنز ، الذي اقترح عدة نماذج جديدة للانفجار الكبير ، موضحا عدم التماثل بين نصفي الفضاء. "نود أن نعرف المزيد عن أصل الكون ، لكن الطبيعة لا تعطينا الكثير من القرائن." يقول كاميونكوفسكي: "قد يكون عدم التماثل انحرافًا إحصائيًا ، أو قد يكون مجرد قمة جبل الجليد".

سيحكم الجميع على الوقت أو الاختبارات الصعبة.

يتم تتبع عدم تناسق كوننا في الإشعاع المنبعث - الشفق التالي المتبقي من اللحظة التي أصبح فيها الكون شفافًا بعد 380،000 سنة من الانفجار العظيم. تم تبريد ضباب الجسيمات المشحونة ، التي كانت تملأ الفراغ حتى ذلك الحين ، بما يكفي لتتكثف في ذرات محايدة ، وتحرر الضوء ، والذي يمكن أن يسير للمرة الأولى دون عوائق. على مدى السنوات القليلة الماضية ، جمع القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية صورة 50 ميجا بكسل لهذا الضوء المنبعث من جميع الجهات ، وبالنسبة لكل فوتون تم استقباله ، تم تسجيل درجة الحرارة التي انبعثت منه قبل 13 مليار سنة.



يعتقد علماء الكونيات أن التقلبات الكمومية لأوقات الانفجار العظيم امتدت خلال النمو الأسي ، المعروف باسم التضخم ، وتحولت إلى أماكن ساخنة وباردة كانت بمثابة بذور المجرات والفراغات.

يظهر الإشعاع المتبقي أن درجة الحرارة في الكون البالغ 380 ألف عام كانت متساوية تقريبًا ، وانحرفت عن المتوسط ​​بمقدار جزء واحد فقط من أصل 100000. ويعتقد أن المناطق الباردة والساخنة نسبيًا - بذور المجرات والفراغات المستقبلية - جاءت من تقلبات الكم ، عشوائية دفقات من الطاقة تضخمت خلال النمو الأسي في اللحظة الأولى لوجود الكون ، والمعروفة باسم التضخم.

يريد علماء الكونيات تتبع هذه العملية إلى سبب حدوثها.

في غياب أفكار حول كيفية عمل الفيزياء في الحالة الساخنة والمضغوطة للغاية التي كانت موجودة في الكون حديث الولادة ، يستخدم الفيزيائيون "نموذج لعبة" الحدث: مجال التضخم ، الذي يملأ المساحة بأكملها ، دخل في حالة غير مستقرة بعد حوالي 10 ^-36 ثانية بعد الانفجار الكبير ، مما أدى إلى تضخم في الفضاء بمقدار 10 ⁷⁸ مرة ، وبعد ذلك استقر مجال التضخم مرة أخرى بعد ^10-30 ثانية. وفقًا لهذا النموذج ، كان من المفترض أن يمتد الكون بالتساوي ، ويتحول إلى توزيع عشوائي عشوائي مرقط للمناطق الساخنة والباردة في CMB. لكن البيانات تدحض هذا الرأي.

يوضح كاميونكوفسكي: "من ناحية ، البقع الساخنة والباردة أكثر سخونة وبرودة من ناحية أخرى".

اكتشف مسبار Wilkinson Microwave Anisotropy ، أو WMAP ، أول دليل على أن التقلبات في نصف إشعاع الإشعاع CMB أقوى من الآخر في عام 2007. ولكن بعد ذلك يمكن أن يعزى إلى خطأ القياس. عززت خريطة بلانك هذا الدليل وأظهرت تقلبات بمزيد من التفصيل ، مما سمح للفيزيائيين بإسقاط عدة تفسيرات والتوصل إلى عدة تفسيرات أخرى.

من الأفضل رؤية التباين في تقلبات درجة حرارة الكون ، وكذلك الاختلاف الطبوغرافي في أراضي الولايات المتحدة ، على أكبر المقاييس. متر مربع من الأرض في كولورادو ليس تلالًا كبيرًا أكثر من متر مربع في إنديانا ، ولكن مع زيادة في جبال ووديان كولورادو تصبح أكثر وضوحًا. يقول دونغو جونغ ، دكتوراه من مجموعة Kamionkowski: "يمكن تصور جزء من السماء على أنه إنديانا والآخر مثل كولورادو". - هذه التقلبات غريبة جدا. من الصعب تخيل سبب قيامهم ".

يعتقد بعض علماء الكونيات أن هذا انحراف إحصائي. تتراوح احتمالات ظهور مثل هذا التباين عن غير قصد عند ولادة الكون في النطاق من 0.1٪ إلى 1٪ - تقريبًا مثل فرص حدوث عملة معدنية مقلوبة ثماني مرات على التوالي.

قال شون كارول ، عالم الكونيات في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: "إذا وضعت أموالاً عليها ، فسأراهن على التقلبات". - لكن الفكرة هي أننا لا نلعب من أجل المال. إذا كانت هذه المعلومات تخبرنا بأي شيء عن الكون المبكر ، فقد تكون مهمة للغاية ".

طرح علماء الكونيات بالفعل العديد من النظريات المتنافسة التي تشرح كيف يمكن للأحداث أثناء وبعد الانفجار العظيم مباشرة أن تخلق هذا التباين.

قلة من الناس يعتقدون أن نموذج اللعب ، الذي ظهر فيه مجال التضخم فجأة ، يمكن أن يفسر تمامًا ما أدى إلى ظهور الكون. قد يتحول هذا المجال إلى واحد من الأبعاد الإضافية للفضاء ، والتي تخبرنا بها "نظرية كل شيء" الافتراضية ، نظرية الأوتار ، والتي ، على الأرجح ، يجب أن يكون هناك العديد من المجالات التضخمية. في عمل على arXiv.org ، أظهر جون ماكدونالد ، عالم الكونيات في جامعة لانكستر في بريطانيا ، أن نموذجًا من مجالين يمكن أن يفسر عدم تناسق الإشعاع الناتج عن التحلل إذا تحلل المجال المنحني الثاني في نهاية التضخم وبعد تكوين المادة المظلمة.

كما شرح آخر في مقال لمجلة Physical Review D ، قام Kamionkowski وزملاؤه بحساب أن عدم التماثل يمكن أن ينشأ من الاختلافات في معلمات كونية معينة في أماكن مختلفة من الكون. قال Kamionkowski ، إن أحد النماذج الأكثر ترجيحًا ، والذي يصف تغيرًا بنسبة 6٪ في المعلمة من أحد طرفي الكون إلى الطرف الآخر ، "يتفق جيدًا إلى حد ما مع الملاحظات". يمكن ربط المعلمة بالعديد من عيوب الزمكان ، والتي ، وفقًا لبعض النظريات ، يمكن أن تصبح محفزات للتضخم.



أو ، كما يظهر Kleban وزملاؤه في مقال نشر في مجلة Physical Review D وفي عمله التالي ، يمكن أن يظهر عدم التماثل نتيجة اصطدام حاد بين كونين أو نقطتين من كوننا. في فرضية الأكوان المتعددة ، غالبًا ما تنشأ الفقاعات بالقرب من بعضها البعض وتتصادم. يمكن للفقاعات أيضًا الاصطدام مع نفسها أثناء التوسع حول البعد المكاني الملتوي (يمكن للمرء أن يتخيل دائرة تنمو على سطح أسطوانة). مثل هذا الاصطدام يمكن أن يؤدي إلى التضخم.

إذا كان يمكن رؤية موجة الصدمة من مثل هذا التصادم في الإشعاع المرتد ، فسيكون هذا دليلاً واضحًا لصالح نظرية الأكوان المتعددة ، كما يقول Kleban. ولكن ، على الأرجح ، اختفت حافة موجة الصدمة وراء أفق الجزء المرئي من الكون ، تاركة وراءها ، كما لو كانت سفينة عابرة ، اضطرابًا خفيفًا. على خريطة بلانك ، يمكن تصوير البقايا الممتدة لمثل هذا الأثر.

وقال كلبان إن هذه البقايا "ستؤثر على أكبر الهياكل التي نلاحظها". كان يجب أن يزداد حجمها مع توسع الكون ، الأمر الذي كان ينبغي أن يؤدي إلى تأثير مماثل للاختلافات الطبوغرافية بين كولورادو وإنديانا.

نظرًا لأن كل نموذج تضخم لاحق يعطي توقعاته حول اتجاه استقطاب الضوء القديم ، فإن "خريطة استقطاب" جديدة لـ CMB ستساعد في اختيار النموذج الصحيح من الفرضيات. في الوقت الحالي ، يحتاج المنظرون إلى تعديل نظريات الانفجار الكبير وفقًا للبيانات المتاحة. قال كلبان: "ستكون هناك دائمًا أشياء غير قابلة للإصلاح بسبب نقص التكنولوجيا المناسبة". "عليك فقط أن تبذل محاولات وتبذل قصارى جهدك."