روز دوشنبه مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونین، با برگزاری کنفرانسی خبری شایعاتی که چند روزی بود جهان علم را به وجد آورده بود تایید کرد. سرانجام و برای اولین بار در تاریخ دانشمندان موفق شدند نشانه و مدرکی دال بر صحت نظریه تورمی عالم پیدا کنند.

قبل از اینکه کمی درباره این خبر توضیح دهم اجازه دهید یادآوری کنم این رویداد فوق‌العاده مهمی است و این روز در تاریخ علم ثبت خواهد شد. با این کشف فصل تازه‌ای در کیهان‌شناسی باز شد و دو نظریه بنیادینی که به توصیف عالم می‌پردازند یعنی نظریه کوانتوم و نسبیت به گونه‌ای بی سابقه در کنار هم قرار گرفتند. بسیاری از کیهان‌شناسان مدت‌های طولانی است به دنبال چنین کشفی بوده‌اند و آن را به جستجوی یکی از جام‌های مقدس کیهان‌شناسی معاصر تشبیه می‌کردند. اما این دانشمندان چه چیزی را کشف کرده‌اند که از نظر اهمیت به یکی از بی‌نظیرترین خبرهای علمی سال‌های اخیر بدل شده است؟

به ساده‌ترین شکل ممکن این دانشمندان توانسته‌اند امواج گرانشی را رصد کنند که حاصل دوران تورمی ابتدای عالم است. اما مدل تورمی چیست؟ و امواج گرانشی کدام‌ها هستند؟

مدل تورمی چیست؟

بیایید از مدل تورمی شروع کنیم. جهان ما در کلی‌ترین حالت و شمایل خود در حال انبساط است. کهکشان‌ها، خوشه‌های کهکشانی، همه و همه از هم در حال دور شدن هستند. اما این دور شدن به این دلیل نیست که مثلا تحت تاثیر نیروی دافعه‌ای درون فضا و زمان از هم دور می‌شوند. بلکه درواقع بافتار فضا زمانی که جهان ما را شکل داده است و این کهکشان‌ها نیز روی آن قرار دارند در حال توسعه و انبساط است. مثال رایج و آشنای چنین امری داستان معروف بادکنک خال‌خالی است.

یک بادکنک کوچک بردارید و قبل از آنکه آن را باد کنید روی آن با ماژیک چند علامت بزنید. حال شروع به بادکردن بادکنک کنید. می‌بینید که فاصله نقطه‌های روی بادکنک از هم دور می‌شود. شما به به خود نقطه‌ها کاری ندارید اما چون سطح بادکنک در حال انبساط است این نقاط نیز به تبع آن از هم دور می‌شوند. کهکشان‌ها نیز همانند این نقاط روی بادکنک و به علت انبساط عالم درحال دور شدن از هم هستند.

حالا اگر این داستان را که از زمان پیدایش عالم در حدود 13.8 میلیارد سال پیش تاکنون ادامه داشته به عقب برگردانید، عالم کوچک‌تر و و منقبض‌تر می‌شود تا جایی که عملا به سمت یک نقطه با چگالی بینهایت (حجم صفر) میل می‌کند. این همان نقطه معروفی است که آن را مهبانگ یا انفجار بزرگ یا BigBang می‌نامیم.

داستان تورم از آنجا شروع می‌شود که همیشه روند انبساط عالم یکسان نبوده است. در آن دوران نوزادی و در کسر بسیار بسیار کوچکی از ثانیه روند انبساط عالم به طور سرسام آوری بالا بوده است. این کسر بسیار کوچک از زمان را چیزی در حدود 10 به توان منفی 35  تا 10 به توان منفی 32 ثانیه بعد از مهبانگ تخمین می‌زنند. اصلا سعی نکنید این عدد را در ذهن تصور کنید. مغز ما هیچ راهی برای درک چنین کوچکی باورنکردنی ندارد اما اگر می‌خواهید یک این عدد را به شکل آشناتری ببینید باید عددی مانند 10 به توان منفی 35 را به این شکل بنویسید:

0.00000000000000000000000000000000001 ثانیه

در این مدت اتفاقی که افتاد این بود که جهان ما با شتابی بسیار بالا منبسط شد. برخی از نظریه‌ها حدس می‌زنند در این فاصله زمانی حجم جهان ما چیزی در حدود 10 به توان 50  برابر بیشتر شده باشد یعنی 10 تریلیون تریلیون تریلیون تریلیون (یا اگر راحت‌تر هستید یک عدد 1 بگذارید و 50 تا صفر مقابل آن).بعد از این بازه زمانی شتاب انبساط عالم کاهش پیدا کرد.

این بخش مهمی از توسعه عالم ما است و در واقع این مدل تورمی است که وضعیت امروز جهان ما را می‌تواند توضیح دهد. اگر مدل تورمی را از نظریه مهبانگ حذف کنید انتظار دارید جهان ما توزیع غیر متجانسی داشته باشد یعنی در جاهایی با تراکم ماده و انرژی بیشتری مواجه باشیم اما در مقیاس بزرگ این‌گونه نیست و عالم ما خیلی یکنواخت‌تر از چیزی است که در غیاب نظریه تورمی باید وجود می‌داشت.

به طور خلاصه نظریه تورمی عالم امروز ما را به خوبی توصیف می‌کند و اگرچه مدارک غیر مستقیمی – از جمله وضعیت فعلی جهان ما – برای تایید آن وجود دارد، اما مشکل مهم در این رابطه این بود که تاکنون هیچ مدرک و سند مستقیمی که بتواند وجود این مرحله را در تکامل عالم اثبات یا تقویت کند وجود نداشت.

موج گرانشی چیست؟

مدل تورمی به دلیل اینکه یک باره انبساطی عجیب و غریب را به عالم تحمیل می‌کند، باعث به وجود آمدن موج خوردگی‌هایی روی بافتار فضا – زمان می‌شود. به عبارتی باعث می‌شود تا همانند زمانی که سنگی را روی سطح آب یک برکه آرام می‌اندازید و روی آن موج ایجاد می‌شود، امواجی روی بافت فضا – زمان به وجود آیند. این امواج را امواج گرانشی می‌نامند. البته فقط دوره تورمی نیست که امواج گرانشی تولید می‌کند. مثلا دو ستاره پرجرم که به دور هم می‌چرخند یا دو تپ‌اختر هم می‌توانند چنین امواجی را به وجود آورند. پیدا کردن این امواج کار ساده‌ای نیست و دامنه این امواج هم فوق‌العاده کوچک است. البته شاید این موضوع کار دانشمندان را سخت کند اما برای ما خبر خوش‌آیندی است. تصور کنید موج عظیمی از جنس موج گرانشی بخواهد با زمین برخورد و از آن عبور کند. تصورش هم تکان دهنده است.

به هر حال اگرچه ما از قبل از وجود این امواج مطمئن بودیم و حتی نمونه‌هایی در باره امواج گرانشی با منشاء دیگر پیدا شده بود، اما تا کنون نتوانسته بودیم نشانه‌ای از امواج گرانشی که حاصل تورم عالم است را پیدا کنیم.

تا امروز صبح که دفتر علم ورق خورد.

خبری که امروز اعلام شد به نتایج گروهی از دانشمندان مربوط بود که با کمک رصدخانه‌ای به نام BICEP2(Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) که در قطب جنوب مستقر است منطقه‌ای با قطر 10 درجه از آسمان (20 برابر قرص کامل ماه) را درجستجوی نشانه‌هایی از این امواج زیر نظر گرفته بودند. نشانه‌ای که آنها به دنبالش بودن نوعی قطبیدگی خاص در بین امواج تابش پس‌زمینه کیهان است. تابش پس‌زمینه کیهان درواقع تابشی رادیویی است که باقی مانده انفجار بزرگ و به نوعی پژواک آن به شمار می‌رود. این امواج الکترومغناطیسی تحت تاثیر امواج گرانشی دچار قطبیدگی ویژه و خاصی می‌شوند. البته نور (و امواج الکترومغناطیسی) را می‌توان به روش‌های مختلف پولاریزه یا قطبیده کرد اما امواج گرانشی که به دوران تورمی مربوط می‌شوند، انتظار می‌رفت نوع خاصی از قطبیدگی را در این تابش ایجاد کند (B-mode polarization) که به نوعی اثر انگشت دوران تورمی عالم باشد و این دقیقا همان چیزی است که امروز اعلام شد دانشمندان موفق به ثبت آن شده‌اند.

حالا سندی در دست داریم که می‌توان با استناد به آن با اطمینان بیشتری از صحت مدل تورمی حرف زد؛ اما این همه داستان نیست. حالا درک بهتری از ابتدای عالم، در نخستین لحظات آن و مسیری که طی کرده است در اختیار داریم. از طرف دیگر این یافته به نوعی تلاقی دو نظریه مهمی است که خیلی با هم سر سازگاری ندارند.

امواج گرانشی از یک سو از دل نسبیت بیرون می‌آیند و بخشی از مدل تورمی بر اساس نظریه کوانتومی است و این شاید برای اولین باری است که یافته‌ای این دو را تا این حد به هم نزدیک‌تر کرده است.

آیا این پایان داستان است؟ قطعا نه.

اولا در گام اول گروه‌های دیگر باید این یافته‌ها را بررسی و آزمایش‌های دیگری ترتیب دهند. تازه فصل جدیدی آغاز شده است که می توانیم بر مبنای آن با رصد این امواج گرانشی از حال و روز نخستین لحظات عالم سر دربیاوریم. از سوی دیگر کار برروی نزدیک کردن نظریه‌های نسبیت و کوانتوم ادامه می‌یابد.

علم یک سوال مهم را پاسخ داد. اما این راه و رسم علم است که هر پاسخی سوال بیشتر ایجاد می‌کند.

امروز روز پرشکوهی برای علم بود. اما نه فقط به این دلیل که ما نشانه‌ای از صحت مدل تورمی یافتیم بلکه باردیگر علم نشان داد چه ابزار قدرتمندی است و نشان داد اگر از آن درست استفاده شود چه قدرت بی نظیری را به دست می‌دهد. ما انسان‌هایی که در فرآیند تاریخ جهان نوقدمانی بیش به شمار نمی‌رویم به مدد روش علمی که چیزی در حدود 4 قرن سابقه دارد به نقطه‌ای رسیده‌ایم که می‌توانیم اسرار ابتدای عالم را رازگشایی کنیم.

شاید خبر امروز در میان انبوهی خبر سیاسی، اقتصادی، اجتماعی و غیره گم شود. شاید بسیاری شانه بالا بیاندازند که به ما چه ربطی دارد که عالم در آن کسر کوچک آغازین جهان چه بلایی برسرش آمده است، اما اشتباه نکنید. این نمادی از آن چیزی است که ما را انسان می‌کند. ماجراجویانی که به کنجکاوی خود پر و بال می‌دهند و در راه ناشناخته‌ها پیش می‌روند.