همانطور که امواج اقیانوس سواحل را شکل میدهند، امواج در بافت فضا-زمان نیز ممکن است روزگاری جهان را در مسیری تکاملی قرار داده باشند که به کیهان امروزی منتهی شده است.
یک نظریهٔ تازه پیشنهاد میکند که “امواج گرانشی” عامل انبساط اولیهٔ جهان و بازتوزیع ماده در آن بودهاند. رائول خیمنس، اخترفیزیکدان نظری دانشگاه بارسلونا و نویسندهٔ اول مقاله میگوید: «دهههاست که در تلاشیم لحظات آغازین کیهان را با مدلهایی توضیح دهیم که بر عناصری استوارند که هرگز مشاهده نکردهایم.»
«آنچه این پیشنهاد را هیجانانگیز میکند، سادگی و قابلیت آزمون آن است. ما عناصر فرضی تازهای اضافه نمیکنیم، بلکه نشان میدهیم گرانش و مکانیک کوانتوم ممکن است بهتنهایی برای توضیح شکلگیری ساختار کیهان، کافی باشند.»
ما هنوز نمیدانیم دقیقاً مراحل بسیار ابتدایی جهان پس از بیگ بنگ، حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش، چگونه بوده است. در این نقطه، دانشمندان تنها میتوانند نظریههایی ارائه کنند که با فیزیک جهان قابل مشاهدهٔ امروز همخوانی داشته باشند.
این نظریهها در مجموع خوباند، اما کاستیهای آشکاری هم دارند. بهعنوان مثال، کشف اخیر تلسکوپ فضایی جیمز وب دربارهٔ وجود تعداد زیادی کهکشان پرجرم در دورانهای بسیار اولیهٔ جهان، بسیار زودتر از آنچه کیهانشناسان انتظار داشتند، یکی از این چالشهاست.
در خط زمانی پذیرفتهشدهٔ فعلی برای تکامل جهان، دورهای از انبساط سریع یا «تورم» بلافاصله پس از بیگ بنگ وجود داشته است. از یک نقطهٔ تکبُعدی با چگالی بینهایت – یعنی تکینگی که توصیف ریاضی جهان پیش از بیگ بنگ است – جهان بهسرعت منبسط شده و با سوپی از پلاسما پر شده که با گذر زمان سرد شده و به تشکیل ماده انجامیده است.
در این فرضیه “اینفلاتون” یک ذره یا میدان کوانتومی فرضی است که دانشمندان برای توضیح «تورم کیهانی» و یکنواختی شگفتانگیز جهان از آن استفاده میکنند. بهطور نظری، این ذره انبساط سریع جهان را هدایت میکند و در عین حال امکان ایجاد نوسانات چگالی در سوپ پلاسما را فراهم میآورد؛ نوساناتی که سرانجام به سیاهچالهها، کهکشانها، ستارهها و تمام اجزای پراکندهٔ ماده در سراسر کیهان منجر میشوند.
با این حال، علیرغم تلاش فراوان، فیزیکدانان هیچ مدرک دیگری برای وجود “اینفلاتون” پیدا نکردهاند. خیمنس و همکارانش میخواستند بدانند آیا راه دیگری هم وجود دارد، راهی که تکامل اولیهٔ جهان را با پارامترهایی توضیح دهد که کمتر به عناصر فرضی وابسته باشند.
آنها از یک مدل بسیار سادهشده از جهان واقعی آغاز کردند که با نسبیت عام و مشاهدات کنونی از انبساط جهان سازگار است و «فضای دسیتر» نام دارد. در این چارچوب، نوسانات کوانتومی در فضا-زمان – یعنی امواج گرانشی – میتوانند توسط نوعی آشفتگی به نام «اغتشاشات تانسوری» ایجاد شوند.
طبق باور دانشمندان “امواج گرانشی” امروزه هم سراسر جهان را پر کردهاند. این امواج همان موجهایی هستند که در توسط عناصر عظیم، در بافت فضا-زمان ایجاد میشوند. امواجی که اکنون قادر به آشکارسازی آنها هستیم، از برخورد اجرام بسیار پرجرم و متراکم مانند ستارههای نوترونی و سیاهچالهها شکل میگیرند. اما فیزیکدانان بر این باورند که کل جهان با یک «زمینهٔ همهمهوار» از امواج گرانشی بسیار بزرگتر در حال ارتعاش است؛ امواجی که هنوز ابزار لازم برای آشکارسازی آنها را نداریم.
پژوهشگران دریافتند که امواج گرانشی ایجادشده توسط اغتشاشات تانسوری در مدل فضا-زمانی مدل آنها، میتواند بهتنهایی باعث ایجاد تغییرات چگالی در پلاسماهای آغازین جهان شود و همینطور انبساط اولیهٔ جهان را به حرکت در آورد. در نهایت، این تغییرات چگالی باعث میشوند تودههایی شکل گیرند که بهقدری متراکماند که تحت تأثیر گرانش فرو میریزند و بذرهای تشکیل جهان اولیه – یعنی نخستین ستارگان، کهکشانها و سیاهچالهها – را میسازند.
این یک راهحل بسیار زیباست و نیاز به عناصر فرضی را بهعنوان عامل محرک تکامل اولیهٔ کل جهان برطرف میکند، هرچند که برای تأیید آن، پژوهشهای بیشتری لازم است. با این وجود، پژوهشگران مینویسند: «سازوکار پیشنهادی ما میتواند نیاز به یک سناریوی وابسته به مدل – یعنی انتخاب یک میدان اسکالر بهعنوان ذره اینفلاتون برای هدایت تورم – را برطرف کند.»
