در پی حل معماهایی که در شرایط اولیه مهبانگ وجود داشت، دانشمندان نظریه‌هایی را برای توصیف عالم آغازین مطرح کرده‌اند که موفق‌ترین آن‌ها ـ موسوم به تورم کیهانی ـ بیان می‌کند چگونه اندازه عالم در کسر کوتاهی از یک ثانیه درست پیش از مهبانگ به سرعت زیاد شد.
گرچه نظریه تورمی بسیار موفق بوده، بحث‌های زیادی در این مورد طی سال‌ها وجود داشته است.
برخی از دانشمندان نظریه‌های بسیار متفاوتی را برای توجیه نتایج تجربی یکسان با نظریه تورمی به وجود آورده‌اند. در برخی از این نظریه‌ها، عالم آغازین به جای انبساط، منقبض می‌شده است، در نتیجه مهبانگ بخشی از یک جهش بزرگ بوده است.
بعضی پژوهشگران ـ از جمله اوی لوب۲، فرانک بی. برد۳ استاد بخش علوم و اخترشناسی هاروارد ـ نگرانی‌هایی را درباره این نظریه مطرح و گفته‌اند که این انعطاف‌پذیری ظاهراً بی‌پایان آزمون آن را ناممکن می‌سازد.
لوب می‌گوید: «وضعیت کنونی تورم را می‌توان این‌طور بیان کرد که انعطاف‌پذیری ایده بطلان تجربی آن را ناممکن می‌سازد» و«هر نتیجه‌ای که افراد با اندازه‌گیری به دست آوردند را می‌توان با استفاده از مدل‌هایی از تورم توصیف کرد». بنابراین، آزمایش‌ها فقط می‌توانند جزئیاتی را در چارچوب مدل تورمی تثبیت کنند، اما قادر به آزمودن اعتبار خود چارچوب نیستند. با این همه، ابطال‌پذیری باید ویژگی هر نظریه علمی باشد. در اینجاست که شینگنگ چن۴ وارد صحنه می‌شود.
چن دانشیار اخترشناسی و همکارانش طی سال‌ها ایده استفاده از چیزی موسوم به «ساعت استاندارد آغازین» را به‌عنوان کاوند عالم آغازین بسط داده‌اند. او همراه با لوب و ژونگ ژی شیانیو۵، یک پژوهشگر پسادکتری در بخش فیزیک پس از آگاهی از یک بحث در مورد اینکه آیا نظریه تورمی اصلاً پیش‌بینی انجام می‌دهد در سال ۲۰۱۷، این ایده را در مورد نظریه‌های غیرتورمی به‌کار برد. در مقاله‌ای که در فیزیکال ریویو لترز۶ به پیشنهاد سردبیر چاپ شد، این گروه روشی را برای اثبات بطلان تجربی نظریه تورمی مطرح کردند.
در تلاش جهت یافتن ویژگی‌هایی که می‌تواند تورم را از دیگر نظریه‌ها جدا کند، گروه شروع به شناسایی مشخصات نظریه‌های مختلف مانند تاریخچه تحول اندازه عالم آغازین کرد. شیانیو می‌گوید: «مثلاً در برخی نظریه‌ها اندازه عالم به‌صورت نمایی رشد می‌کند، و در برخی نظریه‌ها اندازه آن به‌طور آرام یا بسیار سریع منقبض می‌شود.
مشاهده‌پذیرهای معمولی پیشنهادشده این مشکل را دارند که به کمک آن‌ها نمی‌توان نظریه‌های مختلف را از هم تمیز داد، زیرا مستقیماً به این ویژگی مربوط نیستند. بنابراین می‌خواستیم مشاهده‌پذیرهایی را بیابیم که بتوان آن‌ها را به ویژگی‌های تعیین‌کننده ربط داد».
سیگنال‌های تولیدشده توسط ساعت استاندارد آغازین را می‌توان برای این منظور به‌کار برد.
چن می‌گوید: این ساعت هر نوع ذره بنیادی با جرم زیاد در عالم آغازین پرانرژی است. این ذرات باید در هر نظریه وجود داشته باشند، و آن‌ها درست مثل آونگ یک ساعت با بسامد منظم نوسان می‌کنند.
عالم آغازین کاملاً یکنواخت نبود. افت و خیزهای کوانتومی بذرهای ساختار بزرگ مقیاس عالم کنونی و کلید اطلاعاتی شدند که فیزیک‌دانان امروز می‌توانند در مورد آنچه پیش از مهبانگ رخ داد به آن تکیه کنند. نظریه‌ای که چن مطرح می‌کند آن است که تیک‌های ساعت استاندارد سیگنال‌هایی را تولید کرد که در ساختار این افت و خیزها نقش بسته است و چون ساعت‌های استاندارد در عالم‌های آغازین مختلف طرح‌های سیگنال متفاوت داشته‌اند، می‌توانند تعیین کنند که کدام‌یک از نظریه‌های مربوط به عالم آغازین از همه درست‌تر است.
چن می‌گوید: «اگر همه اطلاعاتی که تاکنون درباره آنچه پیش از مهبانگ رخ داده است را حلقه‌های فیلم در نظر بگیریم، ساعت استاندارد به ما می‌گوید چطور باید آن را به‌کار بیندازیم. بدون این ساعت نمی‌توانیم بدانیم فیلم را باید جلو ببریم یا عقب، کند حرکت دهیم یا تند ـ درست مثل اینکه نمی‌دانیم عالم آغازین منبسط می‌شده است یا منقبض، و این کار با چه سرعتی انجام می‌گرفته است. مسئله این است. ساعت استاندارد تعیین می‌کند که هریک از این فریم‌ها مربوط به چه زمانی پیش از مهبانگ است و فیلم درباره چیست».
این گروه محاسبه کرده است که چگونه باید به این سیگنال‌های ساعت استاندارد در نظریه‌های غیرتورمی نگریست و چطور باید آن‌ها را در رصدهای اخیر فیزیکی جست‌وجو کرد. شیانیو می‌گوید: «اگر طرحی از سیگنال‌های نشانگر عالم منقبض‌شونده یافته شود، کل نظریه تورمی، بدون توجه به مدل‌هایی که بر مبنای آن ساخته شده است، باطل می‌شود».
موفقیت این ایده وابسته به آزمایش است. به گفته چن، «آشکارسازی این سیگنال‌ها کاری بسیار ظریف است. پیشنهاد ما این است که باید نوعی میدان‌های عظیم وجود داشته باشند که این نقش‌ها را تولید کنند و ما طرح آن‌ها را محاسبه کرده‌ایم، اما بزرگی آن‌ها و دامنه این سیگنال‌ها را نمی‌دانیم. شاید آن‌ها بسیار ضعیف و آشکاری‌سازی‌شان بسیار دشوار باشد، پس باید آن‌ها را در بسیاری از مکان‌های مختلف جست‌وجو کنیم. یکی از این مکان‌ها تابش زمینه کیهانی است.
توزیع کهکشان‌ها شق دیگر است. ما قبلاً این جست‌وجو را شروع کرده‌ایم و نامزدهای جالبی هم وجود دارند، ولی به اطلاعات بیشتری نیاز داریم».
پی‌نوشت‌ها
1. Peter Reuell
2. Avi Loeb
3. Frank B. Baird
4. Xingang Chen
5. Zhong-Zhi Xianyu
6. Physical Review Letters
منبع
The Harvard Gazette