التضخم

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

حقل التضخم هو حقل قياسي افتراضي يُعتقد أنه كان محرك التضخم الكوني في بدايات الكون . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] يوفر هذا الحقل، الذي افترضه آلان جوث في الأصل ، [ 1 ] آلية يمكنها توليد فترة من التوسع السريع من 10⁻³⁵ إلى 10⁻³⁴ ثانية بعد التوسع الأولي ، مما يؤدي بالتالي إلى تكوين كون متسق مع التناظر المكاني والتجانس المرصودين .

التضخم الكوني

النموذج الأساسي للتضخم يسير في ثلاث مراحل: [ 4 ]

  • حالة فراغ متمددة ذات طاقة كامنة عالية
  • التحول الطوري إلى الفراغ الحقيقي
  • لفّ ببطء ثم إعادة تسخين

حالة فراغ متمددة ذات طاقة كامنة عالية

في نظرية الحقل الكمومي، يُعرَّف "الفراغ" أو " حالة الفراغ " بأنه حالة من حالات الحقول الكمومية التي تكون عند أدنى طاقة كامنة محلية . الجسيمات الكمومية هي إثارات تنحرف عن حالة الطاقة الكامنة الدنيا هذه، ولذلك لا تحتوي حالة الفراغ على أي جسيمات. وبحسب تفاصيل نظرية الحقل الكمومي، قد توجد أكثر من حالة فراغ واحدة. وعلى الرغم من كون جميع هذه الفراغات "فارغة" (أي لا تحتوي على جسيمات)، إلا أن لكل منها طاقة فراغ مختلفة . وتنص نظرية الحقل الكمومي على أن ضغط طاقة الفراغ يكون دائمًا سالبًا ومساويًا في مقداره لكثافة طاقته.

تفترض نظرية التضخم وجود حالة فراغ ذات طاقة فراغية هائلة، ناتجة عن قيمة توقع فراغية غير صفرية لحقل التضخم. أي منطقة من الفضاء في هذه الحالة ستتمدد بسرعة. حتى لو لم تكن فارغة في البداية (تحتوي على بعض الجسيمات)، فإن التمدد الأسي السريع للغاية يُخفف كثافة أي جسيمات ربما كانت موجودة سابقًا إلى كثافة شبه معدومة.

الانتقال إلى الفراغ الحقيقي

وتفترض نظرية التضخم كذلك أن حالة "الفراغ التضخمي" هذه ليست الحالة ذات الطاقة الأدنى على مستوى العالم؛ بل هي " فراغ زائف "، يُعرف أيضاً بالحالة شبه المستقرة . [ 5 ]

تاريخيًا، أشارت المقترحات الأولى للتضخم الكوني [ 6 ] إلى أن الانتقال من الفراغ "الزائف" إلى الفراغ "الحقيقي" يتبع عملية نفق كمومي ، حيث يمر حقل التضخم عبر حاجز الجهد بين الطورين (وهذا يتوافق مع انتقال طور من الدرجة الأولى ). ومع ذلك، فقد أُدرك [ 7 ] أن هذه العملية ستخلق كونًا غير متجانس للغاية على نطاقات واسعة، على عكس ما نلاحظه.

مثال على حقل ذي "فراغ زائف". وقد تمّت دراسة جهود مماثلة للتضخم الكوني. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الجهد البسيط "البطيء التدحرج" يتميز بانتقال أكثر سلاسة بين "الفراغ الزائف" و"الفراغ الحقيقي".

سرعان ما تم تحسين النظرية [ 8 ] [ 9 ] للسماح بانتقال سلس بين المرحلتين، حيث "ينزلق" مجال التضخم إلى أسفل إمكاناته.

لفّ ببطء ثم إعادة تسخين

في النماذج الحديثة والبسيطة للتضخم الكوني، يمتلك الإنفلاتون في الأصل طاقة كامنة أكبر بكثير من الطاقة الحركية ("التمدد البطيء")، مما يجعل طاقة التضخم الكامنة بمثابة ثابت كوني فعال . ونتيجة لذلك، يُتوقع حدوث فترة من التوسع الأسي.

عندما يصل حقل التضخم إلى فراغه الحقيقي، يصبح من الضروري ربطه بالنموذج الكوني القياسي. عند هذه النقطة، يكون الحقل قد فقد طاقته الكامنة الأصلية، ولكنه اكتسب طاقة حركية. ولإدخال النموذج القياسي في هذه المرحلة، تكمن الفكرة في ضرورة نقل هذه الطاقة إلى جسيمات النموذج القياسي المرصودة. [ 10 ] [ 11 ] تُعرف هذه العملية باسم "إعادة التسخين". عند اكتمالها، يصبح الكون خاضعًا لسيطرة الإشعاع ، ويتباطأ تمدده. يملأ اضمحلال حقل التضخم الفضاء بجسيمات جديدة، تتفاعل فيما بينها حتى تصل في النهاية إلى الحالة الساخنة والكثيفة لنظرية الانفجار العظيم . [ 12 ]

الكمات الحقلية

كما هو الحال مع أي مجال كمومي آخر، يُتوقع أن تكون إثارات مجال التضخم مُكمّمة. تُعرف كمات مجال التضخم باسم التضخمات . وبناءً على كثافة طاقة الوضع المُنمذجة، قد تكون الحالة الأرضية لمجال التضخم صفرًا أو لا.

يتبع مصطلح "التضخم" النمط المعتاد لتسميات الجسيمات الكمومية الأخرى، مثل الفوتون والغلوون والبوزون والفيرميون ، المشتق من كلمة "التضخم" . وقد استُخدم المصطلح لأول مرة في ورقة بحثية لنانوبولوس وأوليف وسريدنيكي (1983) . [ 13 ] ولا تزال طبيعة حقل التضخم غير معروفة. ومن بين العقبات التي تحول دون تحديد خصائصه بدقة، عجز نظرية الكم الحالية عن التنبؤ بدقة بطاقة الفراغ المرصودة حاليًا، استنادًا إلى محتوى الجسيمات في نظرية مختارة (انظر كارثة الفراغ ).

أدى تأكيد وجود بوزون هيغز إلى اقتراح إمكانية عدم الحاجة إلى حقل جديد، وأن نسخة معدلة من حقل هيغز قد تكون كافية. [ 14 ] إلا أن هذا الاقتراح المبكر وغيره من الاقتراحات اللاحقة واجه انتقادات لأسباب جوهرية. [ 15 ] [ 16 ]

التضخم غير المقترن بشكل أدنى

التضخم غير المقترن بشكل أدنى هو نموذج تضخمي يكون فيه الثابت الذي يربط الجاذبية بحقل التضخم ليس صغيرًا. وعادةً ما يُرمز إلى ثابت الاقتران بـξ{\displaystyle \xi }، والتي تظهر في الفعل (الذي تم إنشاؤه عن طريق تعديل فعل أينشتاين-هيلبرت ): [ 17 ]

S=∫-ز  [ 12مP2R-12 ∂μϕ ∂μϕ-V(ϕ)-12ξ R ϕ2 ]د4⁡x ،{\displaystyle S=\int {\sqrt {-g~}}\ {\Bigl [}\ {\tfrac {1}{2}}m_{P}^{2}R-{\tfrac {1}{2}}\ \partial ^{\mu }\phi ~\partial _{\mu }\phi -V(\phi )-{\tfrac {1}{2}}\xi \ R\ \phi ^{2}\ {\Bigr ]}\operatorname {d} ^{4}x\ ,}

معξ{\displaystyle \xi }يمثل قوة التفاعل بين انحناء الزمكانR{\displaystyle R}ومقدار مجال التضخمϕ.{\displaystyle \phi .}

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 غوث، آلان هـ. (1997). الكون التضخمي: البحث عن نظرية جديدة لأصول الكون . بيسيك بوكس . ص 233-234 . ISBN  978-0-2013-2840-0– عبر أرشيف الإنترنت (archive.org).
  2. ↑ ستاينهارت، بول ج .؛ توروك، نيل (2007). الكون اللانهائي: ما وراء الانفجار . دار راندوم هاوس . ص 114. ISBN  978-0-7679-1501-4– عبر جوجل.
  3. ↑ ستاينهارت، بول ج. (أبريل 2011). "جدل التضخم: هل النظرية التي تُشكّل جوهر علم الكونيات الحديث معيبةٌ للغاية؟" (ملف PDF) . مجلة ساينتفك أمريكان . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 24 أغسطس 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 ديسمبر 2013 – عبر physics.princeton.edu.
  4. ↑ تسوجيكاوا، شينجي (2003). "مراجعة تمهيدية للتضخم الكوني". arXiv : hep-ph/0304257 .
  5. ↑ بيتر، باتريك؛ أوزان، جان فيليب؛ بيتر، باتريك (2013). علم الكون البدائي . نصوص أكسفورد للدراسات العليا ( الطبعة الأولى ، غلاف ورقي ). أكسفورد، المملكة المتحدة: مطبعة جامعة أكسفورد. الفصل 8. ISBN   978-0-19-966515-0.
  6. ↑ غوث، آلان هـ. (15 يناير 1981). "الكون التضخمي: حل محتمل لمشكلتي الأفق والتسطح". مجلة Physical Review D. 23 ( 2): 347-356 . Bibcode : 1981PhRvD..23..347G . doi : 10.1103/PhysRevD.23.347 .
  7. ↑ غوث، آلان هـ .؛ واينبرغ، إريك ج. (1983). "هل كان بإمكان الكون التعافي من انتقال طوري بطيء من الدرجة الأولى؟". الفيزياء النووية ب . 212 (2): 321-364 . Bibcode : 1983NuPhB.212..321G . doi : 10.1016/0550-3213(83)90307-3 .
  8. ↑ ليندي، أ.د. (1982). "سيناريو جديد للكون التضخمي: حل محتمل لمشكلات الأفق، والتسطح، والتجانس، والتماثل، والقطب الأحادي البدائي". رسائل الفيزياء ب . 108 (6): 389-393 . رمز Bibcode : 1982PhLB..108..389L . doi : 10.1016/0370-2693(82)91219-9 .
  9. ↑ ألبريشت، أندرياس؛ شتاينهارت، بول ج. (26 أبريل 1982). "علم الكونيات لنظريات التوحيد الكبرى مع كسر التناظر المستحث إشعاعيًا". رسائل المراجعة الفيزيائية . 48 (17): 1220-1223 . Bibcode : 1982PhRvL..48.1220A . doi : 10.1103/PhysRevLett.48.1220 .
  10. ↑ كوفمان، ليف؛ ليندي، أندريه؛ ستاروبينسكي، أليكسي (12 أكتوبر 1994). "إعادة التسخين بعد التضخم". رسائل المراجعة الفيزيائية . 73 (24): 3195-3198 . arXiv : hep-th/9405187 . Bibcode : 1994PhRvL..73.3195K . doi : 10.1103/PhysRevLett.73.3195 . PMID 10057315 . 
  11. ↑ باومان، دانيال (ديسمبر 2011). فيزياء التضخم (PDF) (تقرير) – عبر icts.res.in.
  12. ↑ ستراسلر، مات (17 مارس 2014). "التضخم" . تاريخ الكون. ذو أهمية خاصة (profmattstrassler.com) (مدونة). النسبية، الفضاء، علم الفلك، وعلم الكونيات . تم الاطلاع عليه في 3 أغسطس 2024. ... من تأليف مؤلف كتاب " أمواج في بحر مستحيل" .
  13. ↑ نانوبولوس، د. ف .؛ أوليف، د . أ .؛ سريدنيكي، م. (1983). "ما بعد التضخم البدائي" . رسائل الفيزياء ب . 127 ( 1-2 ): 30-34 . Bibcode : 1983PhLB..127...30N . doi : 10.1016/0370-2693(83)91624-6 .
  14. ↑ بيزروكوف، فيدور؛ شابوشنيكوف، ميخائيل (24 يناير 2008). "بوزون هيغز في النموذج القياسي باعتباره الإنفلاتون". رسائل الفيزياء ب . 659 (3): 703-706 . arXiv : 0710.3755 . Bibcode : 2008PhLB..659..703B . doi : 10.1016/j.physletb.2007.11.072 . ISSN 0370-2693 . 
  15. ↑ أتكينز، مايكل؛ كالميت، خافيير (21 فبراير 2011). "ملاحظات حول تضخم هيغز". رسائل الفيزياء ب . 697 (1): 37-40 . arXiv : 1011.4179 . Bibcode : 2011PhLB..697...37A . doi : 10.1016/j.physletb.2011.01.028 . ISSN 0370-2693 . 
  16. ↑ أتكينز، مايكل (2011). " هل يمكن أن يكون بوزون هيغز هو الإنفلاتون؟" (ملف PDF) (شرائح العرض التقديمي). ميرين ، سويسرا: سيرن – عبر cern.ch.
  17. ↑ هيرتزبيرغ، مارك ب. (2010). "حول التضخم مع اقتران غير أدنى". مجلة فيزياء الطاقة العالية . 2010 (11) 23: 1-2 . arXiv : 1002.2995 . Bibcode : 2010JHEP...11..023H . doi : 10.1007/JHEP11(2010)023 . S2CID 54886582 .