۸٫۳ تورّم کیهانی

خانه ／ ۸ نظریهٔ ریسه‌های انرژی و چالشِ نظریه‌های پارادایمی

راهنمای خواندن
در این بخش توضیح می‌دهیم تورّم کیهانی چیست، کدام مسائل را هدف می‌گیرد و در کجا میان داده‌های رصدی و استدلال منطقی اصطکاک پدید می‌آید. سپس روایت را با زبان یکپارچهٔ تنشِ بالا با رهاشدگیِ آهسته در چارچوب نظریهٔ رشته‌های انرژی بازنویسی می‌کنیم؛ روایتی که بدون افزودن ذرهٔ تورّم و بدون سناریویی پرتنش، هم تسطیح سریع ناهمگنی‌ها و هم حفظ نقش‌ونگارهای ریز را ممکن می‌سازد. همچنین سرنخ‌هایی قابل آزمون با چند ابزار رصدی ارائه می‌شود.

نخست چه می‌گوید الگوی رایج

۱. گزاره‌های اصلی
در نخستین لحظه‌های جهان، دوره‌ای بسیار کوتاه از انبساط تقریباً نمایی رخ داده است که پیامدهای زیر را داشته است

• هماهنگی دوربرد به‌سرعت برقرار شده است که به مسئلهٔ افق پاسخ می‌دهد
• هندسه به سوی تختی بیش‌تر رانده شده است که به مسئلهٔ تختی پاسخ می‌دهد
• نوسان‌های کوانتومی تا مقیاس‌های کیهانی کشیده شده و به دانه‌های اولیهٔ ساختار بدل شده است
• پس از پایان شتاب، انرژی به ماده و تابش معمولی تبدیل شده و تاریخ حرارتی شناخته‌شده آغاز شده است

۲. چرا پذیرفتنی به نظر می‌رسد

• چند مسئله را هم‌زمان حل می‌کند و با نقش‌مایه‌های پس‌زمینهٔ ریزموج کیهانی که نزدیک به توزیع گاوسی و کمابیش مستقل از مقیاس است سازگار می‌نماید
• پارامترگذاریِ روشن دارد و برازش هم‌زمان با داده‌های رصدی را آسان می‌کند

۳. چگونه باید فهمید

• با یک نظریهٔ یگانه سروکار نداریم بلکه با خانواده‌ای از سازوکارها روبه‌روییم که باید شکل کمون، شرایط آغازین، و جزییاتِ برون‌رفت و بازگرمایش برای آن برگزیده و تعیین شود
• گونه‌های فراوانی می‌توانند موفق باشند اما تمایز رصدی میان آن‌ها اغلب دشوار است

دوم دشواری‌های رصدی و موضوع‌های بحث‌برانگیز

۱. کمیابیِ نشانگانِ تعیین‌کننده

• شاخص‌ترین امضا یعنی موج‌های گرانشیِ نخستین که باید به صورت الگوی بی در پس‌زمینهٔ ریزموج کیهانی پدیدار شود تاکنون تنها با کرانه‌های بالایی محدود شده است؛ این امر تورّم را نفی نمی‌کند اما اثرانگشتِ قاطع را تضعیف می‌کند

۲. نرمیِ بالای مدل‌ها

• هدف‌ها را می‌توان با یک میدان یا چند میدان، با لغزشِ آهسته یا بی‌آن، و با شکل‌های گوناگون کمون به دست آورد؛ فروریختگیِ پارامترها مجال می‌دهد که به‌جای وادارشدن از سوی داده‌ها، روایت انتخاب شود

۳. ناهنجاری‌های خُرد در مقیاس‌های بسیار بزرگ

• همراستایی‌ها در چندقطبی‌های پایین، ناهمسانیِ ضعیفِ نیم‌کره‌ای، و لکهٔ سرد مدت‌هاست هم‌زمان گزارش می‌شود؛ این مجموعه غالباً به بختِ آماری یا خاستگاه‌های سامانه‌ای نسبت داده شده و تفسیرِ فیزیکیِ یک‌دست و متقاعدکننده‌ای نیافته است

۴. بازگرمایش و چینش آغازین

• انتقال نرمِ انرژی به مادهٔ معمولی و توضیح این‌که چگونه از همان آغاز ناحیه‌ای به‌اندازهٔ کافی هموار مهیا بوده است معمولاً به فروض افزوده و تنظیمی ظریف نیاز دارد

خلاصهٔ کوتاه
تورّم ابزاری نیرومند است؛ با این همه کمیِ نشانگان قطعی، فراوانیِ مدل‌های قابل‌انطباق، و تکیهٔ شدید بر شرایط مرزی، میدان را برای روایتی خُردبینانه‌تر می‌گشاید که بتواند نشانه‌های چندگانه را هم‌زمان همساز کند

سوم بازخوانی بر پایهٔ نظریهٔ رشته‌های انرژی و آنچه خواننده احساس می‌کند

نظریهٔ رشته‌های انرژی در یک جمله
پس از گشایش شبکه که در بخش ۱۶٫۳ توصیف شده است، جهان بر زمینه‌ای با تنشِ بالا که در مقیاس کلی آهسته فرو می‌کاهد تکامل می‌یابد

• کرانه‌های بالای گسترش در آغاز کار، آشفتگی‌ها را سریع هموار می‌کند و چینشِ کلان‌مقیاس به‌گونه‌ای طبیعی شکل می‌گیرد
• نوفهٔ پس‌زمینهٔ تانسوری در جریان فروکاهی به‌صورت گزینشی پالوده می‌شود و به نقش‌ونگارهای هم‌بسته‌ای می‌انجامد که منجمد می‌شود و دانهٔ نوسان‌های آغازین را می‌سازد
• تنش و کِشِشِ انباشته، در سراسر فروکاهی به‌نرمی آزاد می‌شود و نیازی به جعبهٔ سیاهِ بازگرمایش باقی نمی‌ماند

تمثیلی روشن
صحنه نه بادکردنِ تندِ یک بادکنک، بلکه پوستهٔ سفتِ یک طبل است که آرام آرام شل می‌شود

• هرچه کشش بیش‌تر، خاموشیِ نوفهٔ تصادفی سریع‌تر
• در روندِ شُل‌شدن تنها چند نغمهٔ سازگار باقی می‌ماند و الگوهایی قابل تشخیص پدید می‌آید
• کل فرایند آرام است و از زنجیرهٔ بادِ شدید و ترمزِ ناگهانی و بازگرمایش خبری نیست

سه تکیه‌گاهِ بازخوانی
۱. پایین‌آوردن جایگاهِ تورّم از ضرورت به بدیل، زیرا تسطیحِ سریع و بذرگذاری با همان زمینهٔ تنشِ بالایِ فروکاهنده شدنی است و ذرهٔ تورّم و کمونِ ویژه و سناریوی مفصلِ بازگرمایش لازم ندارد؛ نمودهای شتاب در آغاز و انجام را می‌توان پاسخِ تانسوریِ یگانه‌ای دانست که دامنهٔ آن با روزگار دگرگون می‌شود
۲. منشأ فیزیکیِ کج‌روی‌های کوچک، چون فروکاهی لزوماً همسانگردِ کامل نیست و در مقیاس‌های بسیار بزرگ ردهایی بس ضعیف اما تکرارشونده می‌گذارد مانند جهت‌هایِ برگزیده و تفاوت‌های خُردِ نیم‌کره‌ای؛ چنین نشانه‌هایی باید در پس‌زمینهٔ ریزموج کیهانی و در همگراییِ عدسیِ ضعیفِ سراسری و در باقیمانده‌های فاصله با همان سویه دیده شود
۳. کاربردِ رصدیِ تازه، بدین‌سان که تفاوت‌های باقیمانده میان مجموعه‌داده‌ها را چونان سیگنال‌های تصویری در نظر بگیریم و با یک نقشهٔ پایهٔ یگانه از کمونِ تانسوری هم‌زمان همخوان کنیم

• ویژگی‌های چندقطبی‌های پایین در پس‌زمینهٔ ریزموج کیهانی
• همگرایی در عدسیِ ضعیف در مقیاس بزرگ
• کژداری‌های بسیار ریزِ جهت‌مند در فاصله‌های شمع‌ها و خط‌کش‌های استاندارد
  اگر هر مجموعه‌داده به نقشهٔ وصله‌ای جداگانه نیاز داشته باشد این بازخوانی پشتیبانی نمی‌شود

آنچه خواننده بی‌درنگ درمی‌یابد

• در سطحِ نگاه، از وزشِ نیرومندی که همه‌چیز را ناگهان می‌گستراند به دریایِ انرژیِ پرکشش و آرام‌فروکش‌کننده می‌رسیم که هم‌زمان تسطیح و گزینش را پیش می‌برد و شمارِ مفروضه‌های افزوده و میزانِ تنظیمِ ظریف را کاهش می‌دهد
• در سطحِ روش، بر تفاوت‌های ضعیف اما همسو در میان ابزارها و بر بازبه‌کارگیریِ یک نقشهٔ واحد تکیه می‌کنیم و از روایت‌های گوناگون برای هر مجموعه‌داده دربارهٔ جهانِ آغازین پرهیز می‌کنیم
• در سطحِ انتظار، الگوهای بیِ نیرومند را خطِ مرزیِ پذیرش نمی‌شماریم بلکه جابه‌جایی‌های ریزِ همسو و ردهای دگرگونیِ مسیر را بی‌پراکندگیِ طیفی برجسته می‌کنیم

روشنگری‌های کوتاه دربارهٔ بدفهمی‌های رایج

• نظریهٔ رشته‌های انرژی، راه‌حلِ تسطیح و تختی را نفی نمی‌کند زیرا زیرِ تنشِ بالا، کرانه‌های بالای گسترش به‌گونه‌ای طبیعی هموارسازی را پیش می‌برند و نمایِ تختِ کلان‌مقیاس حفظ می‌شود
• این نظریه صرفِ تغییرِ نامِ تورّم نیست بلکه از سه‌گانهٔ ذره و کمون و بازگرمایش دوری می‌کند و روند را به پاسخِ تانسوریِ دریای انرژی و رهایشِ نرمِ پس از گشایش شبکه فرو می‌کاهد
• ناتوانیِ الگوهای بیِ نیرومند به معنای نبودِ مرحلهٔ آغازین نیست؛ موجک‌های نخستینِ نرم یا حتی غایب معقول است و با کرانه‌های کنونی سازگار است و آزمون باید بر همسوییِ جهت و بر بازبه‌کارگیریِ نقشهٔ واحد متمرکز باشد
• گرمایِ آغازینِ بالا از کجا آمده است؛ تنش و کِشِشِ ذخیره‌شده در شبکه در هنگامِ گشایش و فروکاهی به آشفتگی‌های قابلِ گسترش و به گرمایِ پلاسما دگر می‌شود و نیازی به جعبهٔ سیاهِ بازگرمایش نیست

خلاصهٔ بخش
تورّم طرحی آراسته و توانمند است اما کمیِ نشانگان قاطع، انعطافِ مدلی و اتکا به شرایط مرزی، روایتی سنجیده‌تر را طلب می‌کند. در چشم‌انداز نظریهٔ رشته‌های انرژی، تنشِ بالایی که آهسته فرو می‌کاهد هم‌زمان تسطیح سریع و نگهداشتِ نقش‌ونگارها را فراهم می‌آورد و می‌طلبد یک نقشهٔ یگانه از کمونِ تانسوری، تفاوت‌های ضعیف اما پایدار را میان ابزارهای رصدی همساز کند. بدین‌گونه نظمِ کلان و نقش‌های اصلی را نگه می‌داریم و آنچه پیش‌تر نوفه پنداشته می‌شد به پیکسل‌های پستی‌وبلندیِ تانسوری بدل می‌کنیم بی‌آن‌که به فروض افزوده نیاز افتد و در عین حال روایتِ جهانِ آغازین خوانا می‌ماند