هناك بعض التشابه الخارق مع بداية كوننا - فترة التضخم الكوني ، وتحديد المصير النهائي للكون من خلال التوسع المتسارع للمادة المظلمة. بشكل لا إرادي ، ستبدأ في التفكير فيما إذا كانت مرتبطة. اخترت هذا الأسبوع سؤالاً للقارئ من قبل أندرو جيليت يسأل:
إذا كان التضخم الأبدي صحيحًا ، فهل يمكن أن تكون الطاقة المظلمة مقدمة للعودة إلى هذه الحالة الأصلية؟
هذا ليس ممكنًا فقط ، فالطاقة المظلمة لا تعتمد على صحة نظرية التضخم الدائم. لنبدأ بالمرحلة التي سبقت بداية الكون وأعدت هجومها: مع التضخم الكوني.
درجة حرارة الكون هي نفسها في كل مكان ، حتى في أجزاء السماء المستقلة سببيًاعندما بدأ الكون المألوف ، المليء بالمادة والإشعاع ، في الوجود ، كانت بعض خصائصه الأولية غريبة نوعًا ما ، ومن حيث المبدأ ، لم يكن عليها أن تكون على هذا النحو. كانت مسطحة من الناحية المكانية ، وفي كل مكان كان لديها نفس درجة الحرارة ، ولم يكن لديها بقايا طاقات عالية للغاية ، ولديها صورة محددة للغاية للمناطق ذات الكثافة العالية والمنخفضة. من الممكن أن يكون الكون قد ولد بمثل هذه الخصائص فقط ، لكن فكرة التضخم الكوني هي أنه إذا بدأ الكون بفترة توسع أسي ، كان للفضاء خلالها طاقة داخلية ، ثم انتهت هذه الفترة ، فإن الانفجار العظيم كان سيظهر بمثل هذه الخصائص فقط . لقد استغرق الأمر عدة سنوات لحساب جميع عواقب هذه الفكرة بشكل صحيح ، وحتى المزيد من الوقت للحصول على تأكيدها من البيانات المتعلقة بتقلبات CMB. لكن الآن ، التضخم الكوني هو العملية الأولى التي لدينا أدلة عليها.
التضخم الدائم هو فكرة تتعلق بالتضخم على أساس عقار نادراً ما كنت تفكر فيه. عادة ، تحدث أي عملية عابرة طبيعية - على سبيل المثال ، غلاية بالماء الساخن تمر من السائل إلى الحالة الغازية - في عدة أماكن في وقت واحد ، وتتوسع هذه الأماكن ثم تندمج معًا. في حالة الماء المغلي ، نسمي هذا "الترشيح" ، وهو ظهور فقاعات صغيرة أدناه ، تتحد على طول الطريق ، وبحلول الوقت الذي تصل فيه إلى السطح ، تصبح كبيرة بالفعل. ولكن هناك مشكلة في التضخم: تلك المناطق التي لم ينته فيها التضخم تستمر في التوسع بشكل كبير ، مما يمنع المناطق التي انتهى فيها من "الترشح". وبناءً على ذلك ، كان من المفترض أن يظهر كوننا الذي يمكن ملاحظته داخل الفقاعة بأكملها التي انتهى فيها التضخم ، وليس من عدة فقاعات اندمجت مع بعضها البعض.
ولكن في الطرف المقابل من الطيف ، هناك حقيقة تسارع توسع الكون. أفضل تفسير لها ، والذي يتوافق مع الواقع المقاس بأعلى دقة متاحة لنا ، هو أن الطاقة الصغيرة متأصلة في الفضاء نفسه: نسميها الطاقة المظلمة. هذه الطاقة موجودة في كل مكان ، وهي موجودة بشكل متساوٍ في جميع الأماكن ، وهي صغيرة للغاية: إذا قمت بتحويلها إلى كتلة من خلال Ein mc's E = mc
2 ، فستحصل على ما يعادل بروتون واحد لكل متر مكعب. لكن الفضاء ليس ضخمًا فحسب ، بل يتوسع أيضًا! لذا ، بمرور الوقت ، تصبح هذه الطاقة المظلمة أكثر أهمية ، ونتيجة لذلك ، بعد 8 مليارات سنة ، أدت إلى تسارع توسع الكون ، وأصبحت فيما بعد الطاقة المهيمنة.
قد تبدو هاتان الفترتان مختلفتين: التضخم والتوسع المتسارع بعض الوقت بعد البداية. في الواقع ، يختلف ترتيب الطاقات بنحو 10
120 مرة ، أي للغاية! لكن كلاهما يتعامل مع الطاقة الكامنة في الفضاء نفسه ، وكلاهما يتسبب في تمدد أنسجة الكون بشكل كبير ، ومع مرور الوقت ، من أجزاء من الثانية في حالة التضخم إلى تريليونات السنين في حالة الطاقة المظلمة ، سيحملون كل شيء غير متصل في هيكل متكامل. هناك العديد من النماذج التي تحاول الجمع بين هذه العمليات ، والمعروفة باسم الجوهر.
إذن ما هي إمكانيات الكون لتكرار دورة وجوده؟ حتى الآن ، هناك مرشحان جيدان.
1) إذا كانت الطاقة المظلمة ثابتًا كونيًا ، فقد تتحول إلى طاقة متبقية من فترة التضخم التي بدأت من خلالها. في هذه الحالة ، لا يوجد سبب يمنعها من الانحلال إلى حالة طاقة أقل بمرور الوقت. ربما سيؤدي هذا إلى ظهور عدد كبير من الجسيمات ذات الكتلة الصغيرة للغاية ، مثل النيوترينوات ، أو أكسيونات ، أو شيء أكثر غرابة ، والذي من المحتمل أن يكون قادرًا على التوحد معًا لتشكيل نظائرها من النجوم أو الكواكب أو حتى الأشخاص على نطاق زمني كبير بما فيه الكفاية. فقط لأنه لا يمكن الوصول إلينا لا يعني أنه من المستحيل ، وهذا أحد المصائر المحتملة للكون على نطاق زمني كبير ، حتى لو استغرق الأمر غوغل لسنوات قادمة.
2) قد لا تكون الطاقة المظلمة ثابتًا كونيًا ، لكنها يمكن أن تزيد من قوتها بمرور الوقت. في هذه الحالة ، سيستمر في النمو ، مما سيؤدي إلى سيناريو "فجوة كبيرة" حيث سيتم في نهاية المطاف كسر كل هيكل متصل للكون. ولكن وفقًا
لسيناريو إريك جاويزر ، من المحتمل أنه في اللحظة الأخيرة - عندما تكون المساحة نفسها على وشك الانفجار - هذه الطاقة المتأصلة في الفضاء ، والتي لا يمكن تمييزها عن التضخم ، ستنتقل إلى الانفجار العظيم الساخن! يمكن أن يكون سيناريو الكون "المستعاد" حقيقة ليس فقط لمستقبلنا البعيد ، ولكن أيضًا لماضينا - وبسبب ذلك ، يمكن أن يكون الكون أقدم بكثير مما يبدو ، وربما حتى إلى ما لا نهاية!
حتى الآن ، تشير أفضل الأدلة المتاحة لنا إلى أن الطاقة المظلمة هي ثابت كوني ، أي السيناريو 2 لا يعمل. إذا لم تكن هناك حالة طاقة أقل ، فسيتم استبعاد السيناريو الأول - ولكن حتى الآن ليس لدينا معلومات كافية لاستبعاد أي منها. إذا اضطررت إلى الاختيار ، أود أن أقول أن الانتقال إلى مستوى طاقة أقل هو الأرجح ، ولكن بياناتنا تدعم بشكل أفضل فكرة الطاقة المظلمة كثابت كوني حقيقي. ولكن حتى يتم تأكيد ذلك بالتأكيد ، من الضروري الاستعداد لأي فرص!
ستساعدنا مهمات EUCLID و
WFIRST و
LSST في قياس الطاقة المظلمة بدقة أكبر ، والتي يجب أن توفر الحجج لصالح أو ضد الاحتمالين المذكورين ، ويمكن للتطورات في الفيزياء النظرية عالية الطاقة أن تخبرنا المزيد عن الاحتمال الأول. على أي حال ، الجواب على سؤال أندرو هو أن الطاقة المظلمة يمكن أن تبشر بعودة الانفجار العظيم الساخن بعد حالة تشبه التضخم ، لكن هذا لا يعتمد على الطبيعة الأبدية للتضخم نفسه!