خلال العقد المقبل ، سيحاول علماء الكون مراقبة اللحظات الأولى للكون ، على أمل إثبات نظرية شائعة. سوف يبحثون عن موجات جاذبية ضعيفة للغاية لقياس الضوء البدائي ، يبحثون عن أدلة مقنعة لنظرية التضخم الكوني ، التي تقترح أن تقلبات كثافة مجهرية عشوائية في نسيج المكان والزمان ولدت الكون في حرارة كبيرة منذ حوالي 13.7 مليار سنة. يتم إرفاق أداة جديدة تسمى مقياس الاستقطاب بمقراب القطب الجنوبي (SPT) ، الذي يعمل بأطوال موجية دون المليمتر بين الموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء على الطيف الكهرومغناطيسي. تتوقع نظرية آينشتاين عن النسبية العامة أن التضخم الكوني يجب أن ينتج موجات الجاذبية الضعيفة.
تقترح نظرية التضخم فترة من التوسع السريع والأسي للغاية للكون خلال لحظاته القليلة الأولى قبل توسع الانفجار الأعظم التدريجي ، وخلال ذلك الوقت هيمن على كثافة الطاقة في الكون نوع ثابت كوني من طاقة الفراغ التي لاحقًا تتحلل لإنتاج المادة والإشعاع الذي يملأ مجلة الفضاء.
في عام 1979 ، اقترح الفيزيائي آلان جوث نظرية التضخم الكوني ، والتي تتوقع أيضًا وجود عدد لا نهائي من الأكوان. لسوء الحظ ، ليس لدى علماء الكونيات أي طريقة لاختبار هذا التنبؤ المعين.
"نظرًا لأن هذه أكوان منفصلة ، يعني هذا تعريفًا أنه لا يمكن أن يكون لنا أي اتصال معهم. قال سكوت دوديلسون ، عالِم مختبر فيرمي الوطني للمسرعات وأستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة شيكاغو: "لا شيء يحدث هناك أي تأثير علينا".
ولكن هناك طريقة للتحقق من صحة التضخم الكوني. كانت هذه الظاهرة ستنتج فئتين من الاضطرابات. الأول ، تحدث تقلبات في كثافة الجسيمات دون الذرية بشكل مستمر في جميع أنحاء الكون ، وقد لاحظها العلماء بالفعل.
"عادةً ما تحدث فقط على المستوى الذري. قال دودلسون: "نحن لا نلحظهم أبدًا". لكن التضخم سيمتد على الفور هذه الاضطرابات إلى أبعاد كونية. "هذه الصورة تعمل بالفعل. يمكننا حساب الشكل الذي يجب أن تبدو عليه تلك الاضطرابات ، وتبين أنها محقة تمامًا لإنتاج المجرات التي نراها في الكون ".
الطبقة الثانية من الاضطرابات ستكون موجات الجاذبية - تشوهات أينشتاين في المكان والزمان. كما ستتم ترقية موجات الجاذبية إلى النسب الكونية ، وربما تكون قوية بما يكفي ليكتشف علماء الكونيات هذه التلسكوبات الحساسة المضبوطة على التردد المناسب للإشعاع الكهرومغناطيسي.
إذا كان مقياس الاستقطاب الجديد حساسًا بما فيه الكفاية ، فيجب أن يتمكن العلماء من اكتشاف الموجات.
قال جون كارلستروم من جامعة شيكاغو ، الذي طور الأداة الجديدة: "إذا اكتشفت موجات الجاذبية ، فإنها تخبرك بالكثير عن التضخم لكوننا". قال كارلستروم إن اكتشاف الأمواج سيستبعد الأفكار المتنافسة المختلفة لأصل الكون. وقال "هناك عدد أقل مما كان عليه من قبل ، لكنهم لا يتوقعون أن يكون لديك مثل هذا الانفجار الكبير الشديد ، وهذا التقلب الكمي ، لتبدأ". كما أنها لن تنتج موجات الجاذبية عند مستويات يمكن اكتشافها.
تصور المحاكاة في هذا الرابط التشوهات في المكان والزمان على المقياس دون الذري ، نتيجة التقلبات الكمية التي تحدث باستمرار في جميع أنحاء الكون. بالقرب من نهاية المحاكاة ، يبدأ التضخم الكوني في التمدد الزمكان إلى النسب الكونية للكون.
يستخدم علماء الكونيات أيضًا SPT في سعيهم لحل لغز الطاقة المظلمة. إن القوة المظلمة ، الطاقة المظلمة تدفع الكون بعيدًا عن الآخر وتغلب على الجاذبية ، القوة الجذابة التي تمارسها كل المادة.
الطاقة المظلمة غير مرئية ، لكن الفلكيين قادرون على رؤية تأثيرها على مجموعات المجرات التي تشكلت خلال السنوات القليلة الماضية.
يكتشف SPT إشعاع الخلفية الكونية الميكروية (CMB) ، الشفق التالي للانفجار الكبير. استخرج علماء الكون ثروة من البيانات من CMB ، والتي تمثل الطبول القوية وأبواق السمفونية الكونية. ولكن الآن أصبح لدى المجتمع العلمي آذانًا مستعارة لنغمات آلة أكثر دقة - موجات الجاذبية - التي تقوم عليها CMB.
قال دودلسون عن التضخم والطاقة المظلمة والمادة المظلمة الغامضة "لدينا هذه المكونات الرئيسية لصورتنا للكون ، لكننا لا نعرف حقًا ما هي الفيزياء التي تنتج أيًا منها". "إن الهدف من العقد المقبل هو تحديد الفيزياء".
المصدر: جامعة شيكاغو
