حقوق الصورة: هابل
يقول العلماء الذين يدرسون الانفجار الكبير أنه من الممكن أن يتم اختبار نظرية الأوتار تجريبيًا يومًا ما من خلال قياسات شفق الانفجار الكبير.
سوف يناقش ريتشارد إيستر ، أستاذ الفيزياء المساعد في جامعة ييل ، الاحتمال في اجتماع في جامعة ستانفورد يوم الأربعاء ، 12 مايو ، بعنوان "ما وراء أينشتاين: من الانفجار الكبير إلى الثقوب السوداء". زملاء إيستر هم بريان جرين من جامعة كولومبيا ، وويليام كيني من جامعة بوفالو ، جامعة ولاية نيويورك ، وهيرانيا بيريس من جامعة برينستون وجاري شيو من جامعة ويسكونسن.
تحاول نظرية الأوتار توحيد فيزياء (الجاذبية) الكبيرة والصغيرة (الذرة). يتم وصف هذه الآن من خلال نظريتين ، النسبية العامة ونظرية الكم ، وكلاهما من المحتمل أن يكونا غير مكتملين.
لقد انتقد النقاد نظرية الأوتار على أنها "فلسفة" لا يمكن اختبارها. ومع ذلك ، تشير نتائج إيستر وزملاؤه إلى أنه يمكن العثور على أدلة ملاحظة تدعم نظرية الأوتار في قياسات دقيقة لخلفية الميكروويف الكونية (CMB) ، وهو أول ضوء يظهر بعد الانفجار العظيم.
قال إيستر: "في الانفجار الكبير ، الحدث الأقوى في تاريخ الكون ، نرى الطاقات اللازمة لكشف العلامات الدقيقة لنظرية الأوتار".
تكشف نظرية الأوتار عن نفسها فقط على مسافات صغيرة شديدة الطاقات وبطاقات عالية. يقيس مقياس بلانك 10-35 مترًا ، وهي أقصر مسافة نظرية يمكن تحديدها. بالمقارنة ، يبلغ عرض ذرة هيدروجين صغيرة يبلغ عرضها 10-10 أمتار عشرة تريليون تريليون مرة. وبالمثل ، فإن أكبر مسرعات الجسيمات تولد طاقات 1015 فولت إلكترون عن طريق اصطدام الجسيمات دون الذرية. يمكن أن يكشف مستوى الطاقة هذا عن فيزياء نظرية الكم ، لكنه لا يزال أقل بنحو تريليون مرة من الطاقة المطلوبة لاختبار نظرية الأوتار.
يقول العلماء أن القوى الأساسية للكون - الجاذبية (التي تحددها النسبية العامة) ، والكهرومغناطيسية ، والقوى المشعة "الضعيفة" والقوى النووية "القوية" (كلها محددة بنظرية الكم) - كانت موحدة في وميض الطاقة العالية للكبير بانج ، عندما كانت جميع المواد والطاقة محصورة في نطاق دون الذري. على الرغم من أن الانفجار الكبير حدث قبل 14 مليار عام تقريبًا ، فإن شفقه ، CMB ، لا يزال يغطى الكون بأكمله ويحتوي على سجل متحجر للحظات الأولى من الزمن.
يدرس مسبار ويلكينسون للميكروويف متباين الخواص (WMAP) CMB ويكتشف الفروق الدقيقة في درجة الحرارة ، ضمن هذا الإشعاع المنتظم إلى حد كبير ، متوهجًا عند 2.73 درجة مئوية فقط فوق الصفر المطلق. التوحيد هو دليل على "التضخم" ، وهي الفترة التي تسارع فيها توسع الكون بسرعة ، بعد حوالي 10-33 ثانية من الانفجار العظيم. أثناء التضخم ، نما الكون من مقياس ذري إلى مقياس كوني ، وزاد حجمه مائة تريليون تريليون مرة. احتوى مجال الطاقة الذي دفع التضخم ، مثل جميع الحقول الكمومية ، على تقلبات. قد تحتوي هذه التقلبات ، المحبوسة في خلفية الميكروويف الكونية مثل الموجات على البركة المجمدة ، على دليل على نظرية الأوتار.
يقارن إيستر وزملاؤه التوسع الكوني السريع الذي حدث مباشرة بعد الانفجار العظيم لتكبير صورة لتكشف عن وحدات البكسل الفردية. بينما حققت الفيزياء على مقياس بلانك "تموجًا" بعرض يتراوح بين 10-35 مترًا ، فبفضل توسع الكون ، قد تمتد التقلبات الآن إلى عدة سنوات ضوئية.
شدد إيستر على أنه من اللقطة الطويلة أن نظرية الأوتار قد تترك آثارًا قابلة للقياس على خلفية الميكروويف عن طريق تغيير نمط البقع الساخنة والباردة. ومع ذلك ، من الصعب جدًا اختبار نظرية الأوتار بشكل تجريبي لدرجة أن أي فرصة تستحق المحاولة. سيخلف خلفاء WMAP ، مثل CMBPol والبعثة الأوروبية ، Planck ، CMB بدقة غير مسبوقة.
يمكن أن تنحرف التعديلات على CMB الناشئة عن نظرية الأوتار عن التنبؤ المعياري لاختلافات درجة الحرارة في الخلفية الميكروية الكونية بنسبة 1٪. ومع ذلك ، فإن العثور على انحراف بسيط عن النظرية السائدة لا يخلو من سابقة. كمثال ، اختلف مدار الزئبق المقاس عما توقعه قانون جاذبية إسحاق نيوتن بحوالي سبعين ميلًا في السنة. النسبية العامة ، قانون الجاذبية الخاص بألبرت آينشتاين ، يمكن أن يفسر التناقض الناتج عن انفتال خفي في الزمكان من جاذبية الشمس التي تسرع مدار كوكب عطارد.
راجع http://www-conf.slac.stanford.edu/einstein/ لمزيد من المعلومات حول اجتماع "Beyond Einstein".
المصدر الأصلي: نشرة جامعة ييل
