Ситораҳо ва галактикаҳое, ки мо имрӯз мебинем, на ҳама вақт вуҷуд доштанд ва мо чӣ қадаре ки аз он дуртар биравем, Коинот ба ҳамвории комил наздиктар мешавад, аммо барои оне, ки мо ба даст овардаем, маҳдудият вуҷуд дорад, вагарна мо ҳеҷ гуна чизеро надоштем сохтор дар ҳама имрӯз. Барои тавзеҳ додани ҳамаи он, ба мо тағирот дар Биг Бенг лозим аст: таварруми космологӣ. (NASA, ESA, ва A. Feild (STScI))

Чаро ҷаҳони мо комилан ҳамвор нест?

Агар ин тавр мебуд, мо дар ин ҷо намебудем. Аммо як ҷавоби илмӣ ҳаст, ки ба таври аҷиб тасдиқ шудааст.

Вақте ки мо Олами худро меомӯзем, ба сайёраҳо, ситораҳо, галактикаҳо ва холии беканори кайҳонӣ аз ҳам ҷудо шуда истодаем, "ҳамвор" ин аввалин калимаи ба хотир намеояд. Веби азими кайҳонӣ яке аз олитарин чизҳоест, ки дар коинот тасаввур мешавад ва сайёрае монанди Замин аз сатҳи миёна 1030 маротиба зичтар аст. Аммо Олам на ҳама вақт ин кӯҳнавард буд ё он намуде, ки мо имрӯз мебинем, пайдо намешуд. Он бояд қариб комилан ҳамвор ба дунё омадааст, ки дар он 100 миллион нуқсонҳо кам буданд ва ё барои ташкил кардани галактикаҳои аввал садҳо миллионҳо сол лозим набуд. Аммо ин камбудиҳои ночиз муҳим буданд ё мо сохтори имрӯзаи моро дида намешудем! Баъд аз садсолаҳо дарк накардани ин ҳодиса, яке аз назарияҳои баҳсноктарини космология, таваррум ба ин ҷавоб дод. Ва акнун, ки андозагирии мо ба дастовардҳои бесобиқа ноил гаштаанд, пешгӯиҳои он ба таври ҳайратангез тафтиш карда мешаванд.

Таърихи аёнии ҷаҳони васеъшаванда ҳолати гарм ва зич бо номи Big Bang ва рушди минбаъда ва ташаккули сохторро дар бар мегирад. Бо вуҷуди ин, барои он ки сохторе, ки мо имрӯз мебинем, Олам наметавонад комилан ҳамвор таваллуд шавад. (NASA / CXC / M. Weiss)

Тибқи таварруми кайҳонӣ, гармии Big Bang оғози фазо ва вақт набуд, балки он як ҳолати зуд, зич ва босуръат паҳншаванда буд. Ин инфлятсияи кайҳонӣ буд, марҳилае, ки Олам на аз материя ва радиатсия, балки аз энергияе, ки ба худи фазо хос буд, Таркиши Бигро барпо кард. Ин марҳилаи таваррум бо тавсеаи экспоненсиалии фазо тавсиф мешуд, дар он сурат Олам ду баробар, сипас чаҳорум, сипас ба андозаи ҳаштсад баробар афзудааст. Пас аз 10-33 сония, миқёси як сатри назариявӣ аз назарияи сатр ба миқёси калонтар аз миқёси ҷаҳони имрӯза паҳн мешуд. Ба ибораи дигар, таварруми космикӣ ҳар он чизе, ки қаблан вуҷуд дошт, мегирад ва онро дар ҳақиқат, ҳақиқат ва комил ҳамвор ва ҳамвор менамояд.

Таваррум фазоро ба дараҷаи экспоненталӣ тавлид мекунад, ки метавонад ба зудӣ ба ҳар гуна фазои қаблан мавҷуда ё ҳамвор ҳамвор оварда расонад. Агар Олам ягон дараҷа бо он дорои каҷкунӣ бошад, вай радиуси мураккабро нисбат ба он ки мо мушоҳида карда метавонем, садҳо маротиба калонтар аст. (Э. Сигел (L); Дастури космологии Нед Райт (R))

Чунин ба назар мерасад, ки дар назари аввал, ин як мушкилоти бузург аст. Агар таваррум фазоро ба ҳамвор, яксон ва ҳамвор дароз кунад, пас аз комилият комил набошад, пас чӣ гуна мо имрӯз ба олами пурқувват расидем? Ҳам назарияҳои Нютон ва ҳам Эйнштейн нисбати нокомилӣ ноустувор мебошанд ва ин маънои онро дорад, ки агар шумо бо Олами қариб ҳамвор, вале на ба таври комил ҳамвор оғоз кунед, бо гузашти вақт, камбудиҳо афзоиш меёбанд ва шумо бо сохтор пур мешавед. Аммо агар шумо бо ҳамвории комил ва бе ягон камбудӣ сар кунед, шумо абадан ҳамвор хоҳед буд. Аммо ин ҳама бо Оламе, ки мо мушоҳида мекунем, ҳайрон намешавад; он бояд бо нокомилӣ дар зичии материяи он таваллуд мешуд.

Харитаи нақшакашӣ / гурӯҳбандӣ, ки галактикаҳо дар Олами мо имрӯз намоиш дода мешаванд. Талаботи ба даст овардани камбудиҳои аввалия дар зичии энергия / зич мавҷуд аст. (Грег Бекон / STScI / НАСА Маркази парвоз дар Goddard)

Аз ин рӯ, ин тасвири соддаи таваррум бояд нопурра бошад. Барои тавлиди ин камбудиҳо бояд ягон роҳи дигаре вуҷуд дошта бошад, вагарна Олам тавре, ки мо онро мебинем вуҷуд нахоҳад дошт. Аммо амволи муҳими Олам ва таваррум бо роҳҳои аҷибтарин ба наҷот оварда мешаванд. Шумо мебинед, фазои холӣ комилан ҳамвор ва ҳамвор нест, балки дар миқёси хурдтарин тағироти квантиро нишон медиҳад.

Намоиш додани ҳисоби назарияи майдони квантӣ бо нишон додани зарраҳои виртуалӣ дар вакууми квантӣ. Ҳатто дар фазои холӣ ин энергияи вакуумӣ сифр нест. (Дерек Лейнвебер)

Инро бо бисёр ҷиҳатҳо метавон баррасӣ кард: номуайянии ногузир ба энергияи худи фазо; ҳамчун лаппишҳои вакуумӣ; ё ҳамчун маҷмӯи ҷуфтҳои зиддипартислӣ дар дарун ва берун аз вуҷуд. Аммо, новобаста аз он ки шумо чӣ гуна ба он нигоҳ мекунед, як чиз равшан аст: агар шумо зичии энергияи ҷаҳонро чен карда, ба тарозуи бениҳоят хурд ва гранатавӣ нигоҳ кунед, шумо мебинед, ки он дар фазо якранг набуд ва доимӣ буд ё вақт, ҳатто агар шумо ҳама моддаҳо ва радиатсияро хориҷ карда бошед. Тағйироти квантӣ вуҷуд доранд, ки ба матои худи фазо хосанд.

Як мисоли ҷаҳони аввал, ки иборат аз кафкҳои квантӣ мебошад, ки дар он тағирёбии квантӣ калон, гуногун ва муҳимтарин хурдтарин мебошанд. (NASA / CXC / M. Weiss)

Одатан, ин ноутбукҳо ба ҳисоби миёна якдигарро хориҷ мекунанд ва аз ин рӯ шумо бо энергияи ночизи сифрӣ, ки ба фазо мусбӣ хос аст, мевазед. Аммо ҳангоми таваррум ин тағирёбии квантӣ имконияти аз байн рафтанро надоранд, зеро худи фазо бо ин суръати экспоненсиалӣ тавсеа меёбад!

Ба ҷои ин, он чизе рӯй медиҳад, ки ин лаппишҳо дар тамоми коинот паҳн мешаванд ва бинобар ин тасаввуроти квантсияи квантӣ дигар бо миқёси хеле маҳдуд маҳдуд намешавад. Дар вақтҳои ҷадвал, ки танҳо як қисми ночиз дар як сония мебошанд, ин эффектҳои квантӣ метавонанд ба тағъирёбии энергия дар миқёси ситораҳо, галактикӣ ва ё ҳатто коинот фарогиранда табдил ёбанд!

Тағироти квантӣ, ки дар давоми таваррум ба амал меоянд, дар ҳақиқат дар тамоми сайёра паҳн мегарданд, аммо онҳо инчунин тағъирёбии умумии зичии энергияро ба вуҷуд меоранд ва дар миқёси имрӯза дар миқёси каҷии фазоии нос сифр боқӣ мемонанд. Ин лаппишҳои саҳроӣ номукаммалии зичии ҷаҳони аввалро ба вуҷуд меоранд, ва баъд аз он ба тағъирёбии ҳарорате, ки мо дар заминаи радиорелегии космикӣ дучор мешавем, оварда мерасонад. (Э. Сигел / Ғайр аз Галактика)

Тавре ки инфлятсия идома меёбад, лаппишҳои нави миқдорӣ ба вуҷуд меоянд, ки дар натиҷаи ҷоришавии миқёси хурдтар ба болои миқёси калонтар бурда мешаванд. Ин идома ва идома меёбад, бо дарназардошти тағйири тамоюлҳо ва минтақаҳои тасодуфии ҳама гуна андозаҳои дорои зичии аз ҳад зиёд ва вазнини энергетикӣ, то даме ки таваррум идома дорад.

Сипас, пас аз як вақти номуайян, таваррум ба вуқӯъ меояд. Ва ҳангоме ки ин рух медиҳад, тамоми энергияе, ки ба фазо хос аст, ба материя, антиматерия ва радиатсия табдил меёбад. Бо ба охир расидани таваррум, таркиши Big Big оғоз меёбад ва Олам бо ашё пур мешавад.

Аналогияи тӯби дар болои сатҳи баланд ҷойгиршуда он аст, ки инфлятсия боқӣ мемонад, дар ҳоле ки сохтор шикастан ва озод кардани энергия табдилёбии энергияро ба зарраҳо ифода мекунад. (Э. Сигел)

Аммо дар минтақаҳое, ки аз лиҳози энергия аз ҳад зиёд вазнин буданд, бо сабаби ин тағирёбии квантӣ ҳангоми таваррум, дар он ҷойҳо миқдори ночизе материя, антиматератсия ва радиатсия пайдо мешаванд. Дар минтақаҳое, ки вазнинтар буданд, материя, антиматсия ва радиатсия каме камтар аз он ҷо пайдо хоҳанд шуд. Ва ин спектри барзиёд ва аз ҳад зиёд душвор бояд дар минтақаҳое, ки ҳарорат каме сардтар ва гармтар бошанд, дар олам натиҷа диҳад.

Минтақаҳои фазо, ки аз сатҳи нисбатан миёна зичтаранд, барои баромадан аз онҳо чоҳҳои гравитационии калонтарро ба вуҷуд меоранд, яъне нуре, ки аз он минтақаҳо бармеояд, бо гузашти вақт ба чашми мо сардтар мешавад. Баръакс, минтақаҳои камхарҷ ба нуқтаҳои гарм монанд хоҳанд буд, дар ҳоле ки минтақаҳо бо зичии миёнаи комил ҳарорати миёнаи комил доранд. (Э. Сигел / Ғайр аз Галактика)

Пас аз он ки Олам каме дер шудааст, васеъ ва хунукӣ, гравитация ба кор медарояд. Ин меафзояд лаппишҳои мавҷуда, ки дар ҳама самтҳое буданд, ки аз миёна баромаданд. Минтақаҳои каме гармтар, бо назардошти вазнин, ин корро осонтар ба минтақаҳои зичтар месозанд. Минтақаҳои сардтар, ки аз ҳад зиёд мебошанд, дар муқоиса бо минтақаҳои камаҳолӣ ва зиччи миёна, материяро бештар самараноктар ҷалб мекунанд.

Байни гравитация тавозуни мураккаб мавҷуд аст, ки ҳама чизро мувофиқи мантиқи дар боло буда ва радиатсия ба муқобили минтақаҳое равона мекунад, ки хеле зуд зич мешаванд. Ин ба ҳам пайвастани қувваҳо, байни гравитация, радиатсия ва тағирёбии ибтидоӣ аз таваррум, ки ба таконҳо, мӯйҳо ва нуқсонҳо оварда мерасонад, ки дар заминаи кайҳонии кайҳонӣ мебинем.

Тағйирёбии сатҳи ТМБ ба тамоюлоти ибтидоии таваррум тавлидшуда асос ёфтаанд. Хусусан,

Тағироти ибтидоӣ, ба ҳисоби миёна, бояд арзиши миёнаи 1-қисми дар 30,000 ё онро ташкил медоданд. Ин аст, ки мо ба тағиротҳое, ки дар партави чапи Биг Бенг мушоҳида мешаванд, мерасем. Баъд аз он ки ин Олам бетараф мешавад ва радиатсия пароканда шудани электронҳоро қатъ мекунад, то сохтори миқёси калонеро, ки имрӯз дар Олам мебинем, ба вуҷуд меорад. Бо мурури замон, ин ба афзоиши гравитационӣ ба ситораҳо, галактикаҳо, кластерҳо ва холигии бузурги кайҳонӣ, ки онҳоро ҷудо мекунад, оварда мерасонад.

Назари мукаммали Олам нишон медиҳад, ки он материя аст, на зиддияте, ки материяи торик ва энергияи торик талаб карда мешавад ва мо пайдоиши ин асрорҳоро намедонем. Аммо, таѓйирот дар ТММ, ташаккул ва робитаи байни сохтори калонҳаҷм ва мушоҳидаҳои муосир оид ба линзаҳои гравитатсионӣ, ки аз таварруми космикӣ сарчашма мегиранд, ба як манзара нишон медиҳанд. (Крис Блейк ва Сэм Морфилд)

Агар Коинот комилан ҳамвор таваллуд мешуд, ҳеҷ тарозуи калон ва хурд ҳам ба даст намеомад. Мушоҳидаҳои мо талаб мекунанд, ки бо ин роҳ, дар ҳама вазнҳо як хел бузургӣ мавҷуд аст ва Олам бояд ҳамин тавр таваллуд шавад. Вақте ки таваррум бори аввал дар охири солҳои 70-ум ва аввали солҳои 1980-ум гуфта шуда буд, ҳеҷ роҳе барои он маълум набуд, ки ин тағирот ба чӣ оварда мерасонад; ин як пешгӯӣ буд, ки таваррумро дар тӯли даҳсолаҳо тасдиқ кардан мумкин нест! Аммо тасдиқи ин ҷо аҷиб аст, зеро ҳеҷ як назарияи дигар роҳи тавлиди ин тағиротро надорад ва мушоҳидаҳо ба оне, ки таваррумро ба таври комил ва бебозгашт пешгӯӣ карданд, ба монанди моҳвораҳо ба монанди COBE, WMAP ва ба наздикӣ Планк, маълумотҳои худро баргардонданд.

Тағироти квантӣ, ки дар давоми таваррум ба вуҷуд меоянд, дар тамоми сайёра паҳн мегарданд ва вақте ки таваррум ба поён мерасад, онҳо ба ноустувории зичӣ мегарданд. Бо мурури замон ин ба сохтори миқёси калон дар ҷаҳони имрӯза ва инчунин ба тағъирёбии ҳарорат дар CMB мушоҳида мешавад. (Э. Зигел, бо тасвири аз гурӯҳи ESA / Planck ва гурӯҳи кории байниидоравии DoE / NASA / NSF оид ба таҳқиқоти CMB гирифта шудааст)

Натиҷа ин як ҳикояест, ки он қадар далеловар ва мувофиқ бо маълумоте мебошад, ки ҳеҷ гуна алтернатива надорад. Таваррум танҳо чизе нест, ки барои сохтани Big Bang ё ҳалли мушкилоти ҳалшудае, ки мо қаблан медонистем, ҳал шуд; он пешгӯиҳои миқдориро дар бораи он ки мо дар олам вуҷуд доштан аз даврони пешин то замони муосирро пешгӯӣ кардем, мушоҳидаҳо инро тасдиқ карданд. Таваррум ва табиати квантии он сабабест, ки Олам имрӯз комилан ҳамвор нест ва ин хеле хуб аст. Бе он, ҳеҷ гоҳ вуҷуд доштани мо имконнопазир буд.

Аз Bang оғоз меёбад, ҳоло дар Форбс аст ва дар Миёна ба туфайли дастгирии ҷонибдорони Patreon мо. Этан ду китоб навиштааст, Ғайр аз Галактика ва Трекнология: Илм аз Трейд аз Триковер то Warp Drive.