نحوه تولد و تکامل جهان هستی، یکی از بزرگترین و در عین حال هیجان‌انگیزترین سوالاتی است که کیهان‌شناسان با آن روبرو‌یند. سال هاست نظریه‌های متفاوتی در مورد جهان اولیه، تورم کیهانی و نحوه تکامل کیهان مطرح می‌شود. امروز در دیپ لوک همراه دانشمندانی می‌شویم که با گیوتین پیشنهادی خود به دنبال غربال کردن این نظریات، برای دستیابی به حقیقت آغازین هستند. با ما همراه باشید…
فرضیه‌ی پیشرو در مورد تولد جهان (که طبق آن، یک ذره کوانتومی از فضا در کسری از ثانیه همراه با انرژی بسیار زیاد متورم شده و موجب ایجاد یک کیهان کودک می‌شود) بسیاری از پازل ها را حل می‌کند و با تمام مشاهداتی که تا امروز انجام شده مطابقت دارد. اما ابن فرضیه تورم کیهانی اثبات قطعی ندارد. رشته‌هایی که ما آنها را به عنوان امواج گرانشی اولیه می‌شناسیم، در هیچ نقطه از مختصات جهان مشاهده نشده‌اند، حتی استفاده از حساس‌ترین تلسکوپ‌ها نیز کمکی به یافتن آنها نکرده است.
غیبت این امواج در سال‌های اخیر موجب قوت گرفتن نظریه‌های ناامید کننده‌ای در مورد پیدایش جهان شده و از طرف دیگر، تورم کیهانی نیز گمراه کننده است. سناریوهای مختلفی در مورد ایده تورم کیهانی وجود دارد، در برخی از این سناریو ها امواج گرانشی به حدی ضعیف هستند که قابل مشاهده و آشکار سازی نمی‌باشند. اوی لوب (Avi Loeb) متخصص، فیزیکدان و کیهان شناس دانشگاه هاروارد می‌گوید:
آیا می‌توان راهی پیدا کرد که تمام سناریوهای تورم کیهانی را مورد بررسی قرار دهد، نه فقط حالات خاص را؟ اگر هیچ گیوتینی نباشد که بعضی از این نظریه‌ها را از بین ببرد پس هدف چیست؟
در مقاله‌ای که اخیرا در وب‌سایت آرشیو منتشر شد او و دو همکار دیگرش، چنین گیوتینی را پیشنهاد کردند. آنها یک الگوریتم برای نوسان توزیع ماده در کیهان پیش بینی کردند که اگر مشاهده شود، می‌توان با آن بین تورم و سناریو های جایگزین (به ویژه فرضیه مبتنی بر اینکه انفجار بزرگ پس از یک دوره طولانی انقباض رخ داده) تمایز قائل شد. این مقاله هنوز مورد بررسی دقیق قرار نگرفته، اما ویل کینی (Will Kinney) کیهان شناس تورمی دانشگاه بوفالو و استاد مدعو دانشگاه استکهلم در این‌باره می‌گوید:
این یک ایده بسیار زیباست و تجزیه و تحلیل‌های انجام شده، به نظر من درست و مورد تایید است.
نظر سین کارول از موسسه فناوری کالیفرنیا این است که:
اگر سیگنال‌ها واقعی و قابل مشاهده باشند، این نظریه بسیار جالب خواهد بود.
در واقع هر نکته بالقوه در مورد انفجار بزرگ، ارزش جستجو را دارد، اما محققان عقیده دارند سوال اصلی این است که آیا الگوی نوسان احتمالی برای شناسایی، به مقدار کافی قوی خواهد بود؟ ممکن است این گیوتین به اندازه ای که نیاز است برنده نباشد. اگر جواب بله است پس آن سیگنال باید در تغییرات چگالی سراسر جهان موجود باشد. تصور کنید یک اسکوپ بستنی بسیار بزرگ را به آسمان ببرید و تعداد کهکشان‌هایی که درون آن می‌گنجد را بشمارید، اگر این کار را در سراسر کیهان چندین بار تکرار کنید، درمی‌یابید تعداد کهکشان هایی که درون اسکوپ جا می‌گیرند در حدود متوسط و حتی رو به اندک هستند. حال اندازه اسکوپتان را افزایش دهید، در اینجا ممکن است متوجه شوید تعداد کهکشان های در نظر گرفته شده در این‌حالت، بیشتر از قبل، تغییر می‌کند. با توجه به محاسبات جدید، مادامی که شما از اسکوپ های بزرگتر استفاده می‌کنید، با زیاد و کم شدن مقیاس‌ها دامنه تغییرات چگالی بین کم و زیاد نوسان می‌کند. لوب توضیح می‌دهد:
چیزی که ما نشان دادیم این است که با توجه به شکل این نوسانات، شما می‌توانید بگویید زمانی که این اختلالات چگالی ایجاد شده، جهان در حال انبساط بوده یا انقباض.
صرف نظر از اینکه کدام نظریه صحیح است، کیهان‌شناسان بر این باورند که تغییرات تراکم در سرتاسر کیهان امروز، توسط رشته هایی بوجود آمده‌اند که از مدت ها قبل وجود داشته‌اند و به صورت تصادفی در میدان‌های کوانتومی کاشته شده‌اند. به دلیل اصل عدم‌قطعیت کوانتومی، هر میدان کوانتومی که جهان آغازین ما را پر کرده، همواره با موج هایی با طول متفاوت نوسان می‌کند. امواج یک طول موج خاص در فواصل معین و به صورت دوره‌ای می‌توانند به طور سازنده‌ای تداخل داشته باشند و باعث ایجاد قله شوند. به‌طور مشابهی همین روند می‌تواند باعث غلظت ذرات شود. این غلظت بعد‌ها به شکل اختلاف چگالی ماده ظاهر شدند، به طوری که امروزه در مقیاس‌های مختلف کیهان قابل مشاهده‌اند. سوالی که ممکن است برای ما پیش‌آید این است که آن چیزهایی که باعث شدند قله‌ها در یک طول موج خاص به حالت پایدار برسند چه زمانی این‌کار را انجام دادند؟
باتوجه به مقاله جدید، زمان موردنظر به این موضوع بستگی دارد که آیا مادامی که قله ها شکل گرفته‌اند، جهان (چنانکه در مدل های کوانتومی گفته می‌شود) به صورت گسترده وسعت یافته یا همانند مدل های انقباض به آرامی در هم کشیده شده است. با توجه به مدل انقباض، اگر جهان منقبض می‌شد، موج‌ها در میدان های کوانتومی باید فشرده‌تر می‌شدند. در برخی موارد، جهان قابل مشاهده باید به اندازه‌ای کوچک‌تر از موج‌های یک طول موج مشخص منقبض می‌شد؛ همانند یک ویولن که حفره رزونانس‌اش بسیار کوچک‌تر از آن است که بتواند صدای یک ویولن‌سل را تولید کند. هنگامی‌که موج‌های بزرگ ناپدید شدند، همه قله‌ها یا غلظت‌های ذرات موجود در آن مقیاس، در لحظه، باید ثابت و بی‌حرکت می‌شدند.
همچنان که جهان قابل مشاهده، بیشتر و بیشتر منقبض می‌شد، موج‌ها به تدریج در مقیاس‌های کوچک و کوچک‌تر باید ناپدید و به عنوان اختلاف چگالی ظاهر می‌شدند. ممکن است موج‌ها در برخی اندازه‌های خاص در یک لحظه بحرانی، تداخل‌سازنده داشته باشند تا قادر باشند قله با اختلاف چگالی در آن مقیاس را تولید کنند، این در حالی است که موج‌های کمی کوتاه‌تر، خارج از فاز ثابت و بی‌حرکت شده‌اند (البته این به عنوان یک احتمال مطرح می‌شود).
براساس استدلال این سه دانشمند، این نوسانات بین تغییرات چگالی زیاد و کم نمایان می‌شوند، دقیقا شبیه مثال اسکوپ بستنی. اگر جهان یک دوره تورم سریع را تجربه می‌کرد این نوسانات باز هم به وجود می‌آمدند، در آن صورت هرچه جهان بزرگ و بزرگتر می‌شد، باید این توانایی را می‌داشت تا موج‌های کوانتومی با طول موج‌های بزرگتر را با خود منطبق کند. در هر مقیاس و در هر لحظه‌ای که موج‌هایی به آن اندازه، توانایی تشکیل شدن داشته باشند، تغییرات چگالی باید شکل می‌گرفت. محققان استدلال می‌کنند یک تفاوت کیفی بین شکل‌های نوسان در دو سناریو وجود دارد. این تفاوت کیفی، پرده از این موضوع که کدام اول رخ داده برمی‌دارد. به نطر می‌رسد در هر دو مورد، میدان کوانتومی، تورم و انقباض را روی یک قطعه شبیه نوار کاست علامت گذاری کرده است. اگر جهان به صورت تصاعدی در حال انبساط باشد، این علامت‌گذاری‌ها باید از هم دور و دورتر؛ و اگر جهان درحال انقباض باشد علامت‌گذاری‌ها به هم نزدیک و نزدیکتر شوند. بنابراین واضح است که جداسازی قله‌های اختلاف چگالی می‌تواند عنصر مناسبی برای تحلیل تاریخ تکامل جهان باشد. چن می‌گوید:
ما درنهایت می‌توانیم دریابیم که جهان آغازین به راستی در حال تورم بوده یا در هم‌کشیدگی. اینکه موج نوسانات می‌تواند دقیقا دارای چه شکل و چه میزان قدرتی باشد، به طبیعت ناشناخته میدان های کوانتومی برمی‌گردد؛ میدان‌هایی که به احتمال بالا خالق این نوسانات هستند. یافتن چنین سیگنال‌هایی می‌تواند در مورد ماهیت حقیقی جهان آغازین اطلاعات مفیدی در اختیار ما بگذارد.
با در نظر گرفتن شانس آشکارسازی سیگنال های احتمالی در بررسی‌های آینده‌ی کهکشان ها، خبر خوب این است که آشکارسازی آنها احتمالا بسیار آسان‌تر از سایر سیگنال‌های جست‌و‌جو شده (ما آنها را تحت عنوان سیگنال‌های غیرگاوسی می‌شناسیم مانند مثلث ها و دیگر اشکال هندسی منتظم در آسمان که جزییات تورم را آشکار می‌کنند.) خواهد بود و خبر بد اینکه قدرت و شکل سیگنال ها به پارامتر‌هایی بستگی دارد که ممکن است مقادیرشان صفر باشد یا به عبارتی اصلا قابل ردیابی نباشد.
