دانشمندان ساختار کوانتومی اولیه جهان ما را شبیه‌سازی کردند.

منتشر‌شده در: sciencealert به تاریخ ۲۶ مارس ۲۰۲۱
لینک منبع: Scientists Have Simulated The Primordial Quantum Structure of Our Universe

اگر به اندازه کافی به سوی آسمان‌ها پیش برویم، جهان شروع به شباهت پیدا کردن به شهری در شب می‌کند. کهکشان‌ها ویژگی‌های لامپ‌های خیابانی را دارند که در محله‌های تاریک، متصل به بزرگراه‌های گازی که در امتداد سواحل نیستی بین‌کهکشانی حرکت می‌کنند، به هم چسبیده‌اند.

این نقشه جهان از قبل مقدر شده بود، در کوچک‌ترین لرزش‌های لحظات فیزیک کوانتوم بعد از انفجار بزرگ که به گسترش فضا و زمان حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش آغاز شد. با این حال، این نوسانات دقیقا چه بودند، و چگونه فیزیک را به حرکت در‌آوردند که اتم‌ها را به درون ساختارهای عظیم کیهانی که ما امروزه می‌بینیم شناور کند، هنوز هم بسیار دور از واقعیت است.

یک تحلیل ریاضی جدید از لحظات پس از دوره‌ای به نام دوره تورم نشان می‌دهد که نوعی ساختار ممکن است حتی در یک کوره کوانتومی جوشان وجود داشته باشد که جهان کودک را پر کرده است و این می‌تواند به ما کمک کند تا طرح امروز آن را بهتر درک کنیم.

ممکن است به مطالعه مقاله زمانی که محاسبات کوانتومی، با رایانش ابری ملاقات می‌کند. علاقمند باشید.

استروفیزیک‌دانان دانشگاه گوتینگن در آلمان و دانشگاه اوکلند در نیوزیلند از ترکیبی از شبیه‌سازی‌های حرکت ذره و نوعی مدل‌سازی جاذبه / کوانتوم برای پیش‌بینی چگونگی تشکیل ساختارها در چگالش ذرات پس از تورم استفاده کردند. مقیاس این نوع مدل‌سازی کمی گیج‌کننده است. ما در مورد توده‌های ۲۰ کیلوگرمی فشرده در فضایی به سختی ۲۰-۱۰ متر صحبت می‌کنیم، در زمانی که جهان فقط ۲۴-۱۰ ثانیه قدمت داشت. فضای فیزیکی ارائه‌شده توسط شبیه‌سازی ما، یک میلیون مرتبه در یک پروتون قرار می‌گیرد.

«این احتمالا بزرگ‌ترین شبیه‌سازی از کوچک‌ترین ناحیه جهان است که تاکنون انجام شده است.»

بیشتر آنچه که ما در مورد این مرحله اولیه از وجود جهان می‌دانیم تنها بر اساس این نوع زیرکی ریاضی است. قدیمی‌ترین نوری که هنوز هم می‌توانیم در جهان ببینیم، تابش پس‌زمینه کیهانی (CMB) است، و کل نمایش تا آن زمان تا حدود ۳۰۰۰۰۰ سال در جاده بوده است.

اما در این انعکاس ضعیف اشعه باستانی نشانه‌هایی از اتفاقاتی که در حال رخ دادن بود، وجود دارد. نور CMBs به صورت ذرات اساسی منتشر می‌شد که از سوپ گرم و متراکم انرژی، در چیزهایی که به عنوان عصر بازترکیب شناخته می‌شوند، با اتم‌ها ترکیب می‌شدند.

نقشه این تابش پس‌زمینه در آسمان نشان می‌دهد که جهان ما در حال حاضر نوعی ساختار با چند صد هزار سال سن دارد. ذرات کمی خنک‌تر و ذرات کمی گرم‌تر وجود داشتند که ممکن بود ماده را به مناطقی که ستارگان شعله‌ور می‌شوند، کهکشان‌های مارپیچی و توده‌های عظیم به درون شهر کیهانی که امروز می‌بینیم سرازیر کنند.

این سوالی را مطرح می‌کند.

فضایی که جهان ما را می‌سازد در حال گسترش است، به این معنی که جهان باید زمانی بسیار کوچک‌تر بوده باشد. بنابراین منطقی است که همه چیزهایی که اکنون در اطراف خود می‌بینیم، زمانی در یک حجم قرار گرفته بودند که برای ظهور چنین وصله‌های گرم و خنک محدود شده بودند. مثل یک فنجان قهوه در کوره، هیچ راهی برای خنک شدن نبود قبل از اینکه دوباره گرم شود.

دوره تورم به عنوان راهی برای حل این مشکل پیشنهاد شد. در تریلیونیم ثانیه از انفجار بزرگ (بیگ بنگ)، جهان ما به اندازه یک مقدار دیوانه‌وار رشد کرد، در اصل هر گونه تغییرات در مقیاس کوانتومی را در مکان منجمد کرد. گفتن اینکه این اتفاق در یک چشم به هم زدن رخ داد، هنوز هم عدالت را رعایت نمی‌کند. این انفجار در حدود ۱۰۳۶ ثانیه بعد از انفجار بزرگ شروع می‌شد و با ۱۰۳۲ ثانیه به پایان می‌رسید. اما به اندازه کافی بود تا فضا به نسبت‌هایی برسد که از صاف شدن دوباره تغییرات کوچک در دما جلوگیری کند.

شاید مطالعه مقاله ۱۰ شرکت برتر رایانش کوانتومی در سال ۲۰۲۱ برای شما جذاب باشد.

محاسبات محققان در این لحظه کوتاه پس از تورم متمرکز است، نشان می‌دهد که چگونه ذرات بنیادی جمع شده از کف موج‌های کوانتومی در آن زمان می‌توانند هاله‌های مختصری از ماده را به اندازه کافی متراکم تولید کنند تا خود فضا-زمان را چروکیده کند.

بندیکت اگمیر، ستاره‌شناس دانشگاه گوتینگن، اولین نویسنده این مقاله، می‌گوید: «شکل‌گیری چنین ساختارهایی، و همچنین حرکات و تعاملات آن‌ها، باید باعث ایجاد نویز زمینه امواج گرانشی شده باشد.» «با کمک شبیه‌سازی‌های ما، می‌توانیم قدرت این سیگنال موج گرانشی را محاسبه کنیم که ممکن است در آینده قابل‌اندازه‌گیری باشد.»

در برخی موارد، توده‌های شدید چنین اشیائی می‌توانند ماده را به درون سیاه‌چاله‌های اولیه بکشند، اشیائی که فرض می‌شود به کشش مرموز ماده تاریک کمک می‌کنند. واقعیت این است که رفتار این ساختارها از انبوه شدن جهان ما در مقیاس بزرگ امروزی تقلید می‌کند و لزوما به این معنی نیست که آن به طور مستقیم مسئول توزیع ستارگان، گاز و کهکشان‌ها است.

اما ممکن است فیزیک پیچیده‌ای که در میان آن ذرات تازه پخته شده در حال آشکار شدن است، در آسمان قابل مشاهده باشد، در میان منظره‌ای که از نورهای چشمک‌زن و خلاهای تاریکی که ما آن را جهان می‌نامیم، می‌پیچد.

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقالات کوانتوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.