التضخم الأبدي

التضخم الأبدي هو نموذج تضخمي افتراضي للكون ، وهو في حد ذاته نتيجة أو امتداد لنظرية الانفجار العظيم .

وفقًا للتضخم الأبدي، تستمر المرحلة التضخمية لتوسع الكون إلى الأبد في معظم أنحاء الكون. ولأن المناطق تتوسع بسرعة هائلة، فإن معظم حجم الكون في أي وقت معين يتضخم. وبالتالي، ينتج التضخم الأبدي كونًا متعددًا لا نهائيًا افتراضيًا ، حيث ينتهي التضخم بحجم كسوري ضئيل فقط .

قدم بول شتاينهاردت ، أحد الباحثين الأصليين في نموذج التضخم، أول مثال للتضخم الأبدي في عام 1983، ^[1] وأظهر ألكسندر فيلينكين أنه عام. ^{[2] [ يحتاج إلى توضيح ]}

تنص ورقة آلان جوث لعام 2007، "التضخم الأبدي وتداعياته"، ^[3] على أنه في ظل افتراضات معقولة "على الرغم من أن التضخم أبدي بشكل عام في المستقبل، إلا أنه ليس أبديًا في الماضي". وقد شرح جوث بالتفصيل ما كان معروفًا عن الموضوع في ذلك الوقت، وأثبت أن التضخم الأبدي لا يزال يُعتبر النتيجة المحتملة للتضخم، بعد أكثر من 20 عامًا من تقديم التضخم الأبدي لأول مرة بواسطة شتاينهاردت.

تم تطوير نظرية التضخم، أو نظرية الكون التضخمي، في الأصل كوسيلة للتغلب على المشاكل القليلة المتبقية مع ما كان يُعتبر نظرية ناجحة في علم الكونيات، نموذج الانفجار الكبير.

في عام 1979، قدم آلان جوث نموذج التضخم للكون لشرح سبب كون الكون مسطحًا ومتجانسًا (وهو ما يشير إلى التوزيع السلس للمادة والإشعاع على نطاق واسع). ^[4] كانت الفكرة الأساسية هي أن الكون خضع لفترة من التوسع المتسارع بسرعة بعد لحظات قليلة من الانفجار العظيم. وقد قدم آلية للتسبب في بدء التضخم: طاقة الفراغ الزائفة . صاغ جوث مصطلح "التضخم"، وكان أول من ناقش النظرية مع علماء آخرين في جميع أنحاء العالم.

كانت صياغة جوث الأصلية إشكالية، حيث لم تكن هناك طريقة متسقة لإنهاء عصر التضخم والانتهاء بالكون الساخن المتجانس الملاحظ اليوم. وعلى الرغم من أن الفراغ الزائف يمكن أن يتحلل إلى "فقاعات" فارغة من "الفراغ الحقيقي" الذي يتمدد بسرعة الضوء، إلا أن الفقاعات الفارغة لا يمكن أن تتجمع لإعادة تسخين الكون، لأنها لا تستطيع مواكبة الكون التضخمي المتبقي.

في عام 1982، تم حل " مشكلة الخروج الرشيق " هذه بشكل مستقل من قبل أندريه ليند وأندرياس ألبريشت وبول جيه شتاينهاردت ^[5] الذين أظهروا كيفية إنهاء التضخم دون تكوين فقاعات فارغة، والانتهاء بدلاً من ذلك بكون ساخن متوسع. كانت الفكرة الأساسية هي وجود "تدحرج بطيء" مستمر أو تطور بطيء من الفراغ الزائف إلى الفراغ الحقيقي دون تكوين أي فقاعات. أطلق على النموذج المحسن "التضخم الجديد".

في عام 1983، كان بول شتاينهاردت أول من أظهر أن هذا "التضخم الجديد" لا يجب أن ينتهي في كل مكان. ^[1] بدلاً من ذلك، قد ينتهي فقط في رقعة محدودة أو فقاعة ساخنة مليئة بالمادة والإشعاع، وأن التضخم يستمر في معظم الكون مع إنتاج فقاعة ساخنة بعد فقاعة ساخنة على طول الطريق. أظهر ألكسندر فيلينكين أنه عندما يتم تضمين التأثيرات الكمومية بشكل صحيح، فإن هذا في الواقع عام لجميع نماذج التضخم الجديدة. ^[2]

باستخدام الأفكار التي قدمها شتاينهاردت وفيلينكين، نشر أندريه ليندي نموذجًا بديلًا للتضخم في عام 1986 والذي استخدم هذه الأفكار لتقديم وصف تفصيلي لما أصبح يُعرف بنظرية التضخم الفوضوي أو التضخم الأبدي. ^[6]

لا ينتج التضخم الجديد كونًا متماثلًا تمامًا بسبب التقلبات الكمية أثناء التضخم. تتسبب التقلبات في اختلاف كثافة الطاقة والمادة عند نقاط مختلفة في الفضاء.

إن التقلبات الكمومية في حقل التضخم الافتراضي تنتج تغيرات في معدل التوسع، وهي المسؤولة عن التضخم الأبدي. وتتوسع المناطق ذات معدل التضخم الأعلى بسرعة أكبر وتهيمن على الكون، على الرغم من الميل الطبيعي للتضخم إلى الانتهاء في مناطق أخرى. وهذا يسمح للتضخم بالاستمرار إلى الأبد، لإنتاج تضخم أبدي في المستقبل. وكمثال مبسط، لنفترض أنه أثناء التضخم، يكون معدل الاضمحلال الطبيعي لحقل التضخم بطيئًا مقارنة بتأثير التقلب الكمومي. فعندما يتضخم كون صغير ويتكاثر ذاتيًا إلى عشرين كونًا صغيرًا منفصلًا سببيًا بنفس الحجم من الكون الصغير الأصلي، ربما يكون لتسعة من الأكوان الصغيرة الجديدة قيمة حقل تضخم متوسط ​​أكبر، وليس أصغر، من الكون الصغير الأصلي، لأنها تضخمت من مناطق الكون الصغير الأصلي حيث دفع التقلب الكمومي قيمة التضخم إلى الأعلى أكثر مما أدى معدل الاضمحلال التضخمي البطيء إلى خفض قيمة التضخم. في الأصل كان هناك كون صغير واحد بقيمة إنفلاتون معينة؛ والآن هناك تسعة أكوان صغيرة لها قيمة إنفلاتون أكبر قليلاً. (بالطبع، هناك أيضًا أحد عشر كونًا صغيرًا حيث تكون قيمة الإنفلاتون أقل قليلاً مما كانت عليه في الأصل). كل كون صغير بقيمة مجال إنفلاتون أكبر يبدأ جولة مماثلة من إعادة إنتاج الذات التقريبية داخل نفسه. (قد تتكاثر الأكوان الصغيرة ذات قيم إنفلاتون أقل أيضًا، ما لم تكن قيمة إنفلاتونها صغيرة بما يكفي لخروج المنطقة من التضخم وتوقف إعادة إنتاج الذات.) تستمر هذه العملية إلى ما لا نهاية؛ قد تصبح تسعة أكوان صغيرة ذات إنفلاتون عالية 81، ثم 729... وبالتالي، هناك تضخم أبدي. ^[7]

في عام 1980، اقترح فياتشيسلاف موخانوف وجينادي تشيبيسوف ^{[8] [9]} التقلبات الكمية في سياق نموذج الجاذبية المعدل الذي وضعه أليكسي ستاروبينسكي ^[10] لتكون بمثابة بذور محتملة لتكوين المجرات.

في سياق التضخم، تم تحليل التقلبات الكمية لأول مرة في ورشة عمل نيوفيلد التي استمرت لمدة ثلاثة أسابيع عام 1982 حول الكون المبكر جدًا في جامعة كامبريدج. ^[11] تم حساب متوسط ​​قوة التقلبات أولاً من قبل أربع مجموعات تعمل بشكل منفصل على مدار ورشة العمل: ستيفن هوكينج ؛ ^[12] ستاروبينسكي؛ ^[13] جوث وسو يونج باي ؛ ^[14] وجيمس م. باردين وبول شتاينهاردت ومايكل تورنر . ^[15]

ركزت الحسابات المبكرة التي تم التوصل إليها في ورشة عمل نيوفيلد فقط على التقلبات المتوسطة، والتي كانت شدتها صغيرة للغاية بحيث لا تؤثر على التضخم. ومع ذلك، بدءًا من الأمثلة التي قدمها شتاينهاردت ^[1] وفيلينكين ^[2]، تبين لاحقًا أن نفس الفيزياء الكمومية تنتج تقلبات كبيرة عرضية تزيد من معدل التضخم وتبقي التضخم مستمرًا إلى الأبد.

في تحليل بيانات قمر بلانك الصناعي لعام 2013، أظهر آنا إيجاس وبول شتاينهاردت أن أبسط نماذج التضخم في الكتب المدرسية قد تم استبعادها وأن النماذج المتبقية تتطلب ظروف بداية أكثر ضبطًا بشكل كبير، ومزيدًا من المعلمات التي يجب تعديلها، وتضخمًا أقل. وأكدت ملاحظات بلانك اللاحقة التي تم الإبلاغ عنها في عام 2015 هذه الاستنتاجات. ^{[16] [17]}

في عام 2014، قام كوهلي وهاسلام بدراسة تساءلا فيها عن جدوى نظرية التضخم الأبدي، وذلك من خلال تحليل نظرية التضخم الفوضوي لليندي والتي يتم فيها نمذجة التقلبات الكمومية على أنها ضوضاء بيضاء غاوسية. ^[18] وقد أظهرا أنه في هذا السيناريو الشائع، لا يمكن للتضخم الأبدي أن يكون أبديًا في الواقع، وأن الضوضاء العشوائية تؤدي إلى ملء الزمكان بالتفردات. وقد تم إثبات ذلك من خلال إظهار أن حلول معادلات مجال أينشتاين تتباعد في وقت محدود. لذلك خلصت ورقتهما إلى أن نظرية التضخم الأبدي القائمة على التقلبات الكمومية العشوائية لن تكون نظرية قابلة للتطبيق، وأن الوجود الناتج عن كون متعدد "لا يزال سؤالًا مفتوحًا للغاية سيتطلب تحقيقًا أعمق بكثير".

في عام 1983، تم إثبات أن التضخم يمكن أن يكون أبديًا، مما يؤدي إلى تعدد الأكوان حيث ينقسم الفضاء إلى فقاعات أو بقع تختلف خصائصها من بقعة إلى أخرى، وتغطي كل الاحتمالات الفيزيائية.

بول شتاينهاردت، الذي قدم أول مثال للتضخم الأبدي، ^[1] أصبح في النهاية معارضًا قويًا وصريحًا للنظرية. لقد زعم أن الكون المتعدد يمثل انهيارًا لنظرية التضخم، لأنه في الكون المتعدد، تكون أي نتيجة ممكنة بنفس القدر، وبالتالي لا يقدم التضخم أي تنبؤات، وبالتالي، فهو غير قابل للاختبار. وبالتالي، فقد زعم أن التضخم يفشل في تحقيق شرط أساسي لنظرية علمية . ^{[19] [20]}

ومع ذلك، استمر كل من ليندي وجوث في دعم نظرية التضخم والكون المتعدد. وأعلن جوث:

من الصعب بناء نماذج للتضخم لا تؤدي إلى تعدد الأكوان. ولكن الأمر ليس مستحيلاً، لذا أعتقد أن هناك بالتأكيد أبحاثاً لا تزال بحاجة إلى القيام بها. ولكن أغلب نماذج التضخم تؤدي إلى تعدد الأكوان، وسوف تدفعنا الأدلة على التضخم في اتجاه أخذ فكرة تعدد الأكوان على محمل الجد. ^[21]

وفقًا لليندي، "من الممكن اختراع نماذج للتضخم لا تسمح بوجود تعدد الأكوان، لكن الأمر صعب. كل تجربة تزيد من مصداقية نظرية التضخم تقربنا كثيرًا من التلميحات التي تؤكد أن تعدد الأكوان حقيقي". ^[21]

في عام 2018، نشر الراحل ستيفن هوكينج وتوماس هيرتوج ورقة بحثية تتلاشى فيها الحاجة إلى تعدد الأكوان اللانهائية حيث يقول هوكينج إن نظريتهما تعطي أكوانًا "ناعمة بشكل معقول ومحدودة عالميًا". ^{[22] [23]} تستخدم النظرية مبدأ الهولوغرافيا لتحديد "مستوى الخروج" من الحالة الخالدة للتضخم الأبدي. يتم وصف الأكوان التي يتم إنشاؤها على المستوى باستخدام إعادة تعريف لدالة الموجة بلا حدود - في الواقع تتطلب النظرية حدودًا في بداية الوقت. ^[24] ببساطة، يقول هوكينج إن نتائجهم "تدل على انخفاض كبير في تعدد الأكوان" وهو ما يشير إليه جامعة كامبريدج، مما يجعل النظرية "تنبؤية وقابلة للاختبار" باستخدام علم فلك الموجات الثقالية . ^[25]

• الفيزياء الفلكية
• علم الكونيات
• التضخم (علم الكونيات)
• علم الكونيات الكسري
• علم الكونيات الفيزيائي
• شكل الكون
• فراغ كاذب
• مشكلة القياس (علم الكونيات)

• نظرية "الكون المتعدد" المقترحة من خلال خلفية الموجات الميكروية، بي بي سي نيوز، 3 أغسطس/آب 2011، بشأن اختبار التضخم الأبدي.