ریسمان های اسرار آمیز کیهانی

   در میان تمامی پدیده های عجیب و غریب و شگفت انگیز در پهنه کائنات، بدون شک ریسمان های کیهانی جایگاهی ویژه دارند، ریسمان هایی از انرژی خالص به طول چند میلیارد سال نوری و ضخامتی کمتر از یک پروتون. چگالی این ریسمان ها به حدی است که فقط یک متر از آن ها جرمی به اندازه کل یک قاره دارد. این ریسمان های کیهانی به واسطه انرژی آزاد شده در لحظه آفرینش جهان به ارتعاش در آمده اند و ارتعاش آن ها هنوز هم ادامه دارد. این ریسمان ها با سرعتی نزدیک به سرعت نور در پهنه کیهان در حال حرکتند و با حرکت و ارتعاشات خود فضا وزمان را به لرزه در می آورند.

   هر چند سر و کله این ریسمان های شگفت انگیز تقریبا از ۳۰سال پیش در نظریات فیزیکدانان پیدا شده بود، اما با پیشرفت و تحولات شگرفی که به خصوص در چند سال اخیردر عرصه کیهان شناسی به وقوع پیوسته است، نظریات جدیدی در ارتباط با ریسمان های کیهانی مطرح شده اند که وجود چنین ریسمان هایی را بیش از پیش تایید می کنند. در واقع، اکنون تقریبا در تمامی مدل سازی های رایانه ایکه برای شبیه سازی وضعیت جهان اولیه انجام می شوند، سر و کله این ریسمان ها هم ظاهر می شود. بنابراین اگرچه چنین ریسمان هایی هنوز در پهنه کیهان مستقیما مشاهده نشده اند، اما کیهان شناسان اطمینان دارند که این ریسمان های اسرار آمیز باید جایی در گستره کائنات داشته باشند.

   ریسمان های کیهانی قادرند بسیاری از مسائل لاینحل مطرح در کیهان شناسی را حل کنند. به عنوان مثال، به کمک این ریسمان ها می توان نحوه شکل گیری میدان های مغناطیسی پهناور در جهان، معمای چگونگی پرتو افشانی ستاره ها در جهان اولیه و منشا پرتو های کیهانی باانرژی فوق العاده بالا را توضیح داد.

   از همه این ها جالب تر اینکه با پیدا کردن یک رشته از این ریسمان های اسرار آمیز می توان به اطلاعاتی در مورد بنیادی ترین اجزای سازنده جهان پی برد. چرا که ریسمان های کیهانی در واقع ممکن است پسر عموهای غول پیکر همان ریسمان های فوق العاده کوچکی باشند که طبق نظریه ریسمان ها، بنیاد تمام ماده و انرژی جهان را تشکیل می دهند.

   ایده وجود ریسمان های کیهانی برای نخستین بار در سال۱۹۷۶توسط "تام کیبل" فیزیکدان نظری امپریال کالج لندن مطرح شد بنابر مدل کیبل این ریسمان ها در واقع شکستگی های یک بعدی در ساختار فضا-زمان هستند که اندک زمانی پس از مه بانگ شکل گرفته اند. داستان از این قرار است که هنگامی که جهان داغ اولیه شروع به خنک کردن کرد، دچار یک سری تغییر فاز شد. بدین ترتیب غوغای جهان اولیه که پر از ذرات سنگین بود، نهایتا با"منجمدشدن" جهان آرام گرفت و عالم به شکل نسبتا آرامی که امروزه مشاهده می کنیم تبدیل شد. کیبل دریافت که ساختار فضا-زمان باید در طی این انجماد سریع عالم دچار شکستگی هایی شده باشد.

   ایده کیبل در سال ۱۹۸۰به شدت از سوی کیهان شناسان مورد استقبال قرار گرفت، چرا که آن ها به این نتیجه رسیده بودند که وجود چنین شکستگی هایی در ساختار جهانمی تواند منجر به شکل گیری کهکشان ها و خوشه های کهکشانی شده باشد. در این میان خصوصا شکستگی های یک بعدی -یا همان ریسمآن های کیهانی- بسیار جالب توجه بودند. چرا که گرانش آن ها دقیقا برای ایجاد هسته خوشه های کهکشانی مناسب بود. اما متاسفانه این شور و اشتیاق در اواخر دهه ۱۹۹۰یعنی هنگامی کهامکان مطالعه دقیقترتابش زمینه میکروموج کیهانی برای اخترشناسان فراهم شد، فروکش کرد.

   این تابش که در زمانی که تنها ۴۰۰۰هزار سال از عمر جهان سپری شده بود در پهنه کیهان پراکنده شد. نحوه توزیع ماده را در عالم در آن دوران نشان می دهد. اندازه گیری های مختلفی که توسط بالون هاوگیرنده های رادیو زمینی از این تابش انجام گرفت، نشان می دهد که الگوی این تابش پیچیده تر از آن است که صرفا به کمک ریسمان های کیهانی قابل توجیه باشد. (این نتیجه گیری چند سال بعد توسط کاوشگر ناهمسانگردیمیکروموج کیهانی ویلکین سونناسا موسوم بهWMAP نیز تایید شد) به جای آن، الگوی این تابش باپیش بینی های مدل تورمی -که بر اساس آن جهان در بدو پیدایش خود، یک دوران انبساط فوق سریع را پشت سر گذاشته است -به خوبی انطباق داشت. بر اسا مدل تورمی، این انبساط فوق سریع، افت وهای کوچک مقیاس کوانتومی جهان اولیه را به حدی گسترده کرد که نهایتا هسته های اولیه کهکشان ها و ابر خوشه های کهکشانی را که امروزه مشاهده می کنیم تشکیل دادند. بنابراین از آنجا که برای تبیین مدل های کیهان شناسی دیگر نیازی به ریسمان های کیهانی احساس نمی شد، این ریسمان های اسرار آمیز برای مدتی به فراموشی سپرده شدند.

   اما به تازگی کیهان شناسان به شاهدی دست یافته اند که آن ها را از این خواب غفلت بیدار کرده است. شواهد مزبور حاکی از آن است که الگوی تابش زمینه میکروموج کیهانی برخلاف تصور قبلی، امکان وجود ریسمان های کیهانی را منتفی نمی کند بلکه صرفا حد بالایی را برای تعداد ریسمان هایی که می توانند در پهنه کیهان وجود داشته باشند، تعیین می کند. در واقع بر اساس یافته های جدید، ریسمان های کیهانی به تنهایی می توانند تا ۱۰درصد از سهم انرژی کل جهان را به خود اختصاص دهند.

   اما از این متقاعده کننده تر آن است که بهترین نظریاتی که اکنون در مورد جهان اولیه در دست داریم، همگی بر وجود این ریسمان های کیهانی اتفاق نظر دارند.

   بر اساس این نظریات تا هنگامی که بیش از۳۵-۱۰ثانیه از لحظه آفرینش جهان سپری نشده بود. فقط یک ابر نیروی واحد بر پهنه کیهان حکمرانی می کرد. اما با انبساط عالم و سرد شدن آن، این ابر نیرو به سه نیروی به ظاهر متفاوت یعنی نیروی هسته ای قوی (که کوارک ها را در کنار هم نگاه می دارد)، نیروی هسته ای ضعیف (که عامل واپاشی رادیو اکتیو است)و نیرو الکترو مغناطیسی تبدیل شد. این تبدیل طی یک سری فرآیندهای سریعی صورت گرفت که مجموعا به انبساط فوق سریع عالم موسوم به انبساط تورمی منجر شد. در آن دوران علاوه بر نیروهای شناخته شده فعلی، میدان های نا شناخته دیگری نیز از دل آن ابر نیرو پدید آمد که هنوز توسط بشر کشف نشده اند. جهت این میدان های ناشناختهدر انرژی فوق العاده بالای جهان اولیه به راحتی و آزادانه می توانست تغییر کند. اما با سرد شدن عالم، این میدان ها نیز منجمد شدند و جهت ثابتی پیدا کردند.