إذا تسبب التضخم في تمدد الفضاء بمعدل هائل فقد نتوقع أن يكون الكون فائق التجانس في النهاية. لكن لو كان الحال كذلك لما باتت هناك إمكانية لظهور الحياة؛ فبدون المجرات والنجوم ستكون الحياة مستحيلة. إن التموجات الحارة والباردة التي تظهر في إشعاع الخلفية الكوني هي بذور بنية عظيمة الحجم. لكن من أين أتت هذه التفاوتات؟ كيف أنتج التضخم كونًا متجانسا تجانسًا شبه مثالي، لكن ليس متجانسا بالكامل؟
كانت هناك إجابة مقنعة - رغم أنها قد لا تكون الإجابة الصحيحة – تفرض نفسها بالفعل وقت ظهور نظرية التضخم. بل في حقيقة الأمر ظهرت الإجابة قبل ظهور النظرية إلى النور. يبدو أن سبب هذه التموجات الكونية يكمن في ثنايا ميكانيكا الكم. إن القراء الذين يملكون فكرة أساسية عن ميكانيكا الكم سيدركون أن مبدأ عدم اليقين لهايزنبرج يرشدنا إلى وجود تفاوتات غير قابلة للخفض في جميع الكميات المادية.  وبتطبيق مبادئ ميكانيكا الكم على التضخم يمكننا التنبؤ بأن بعض مناطق الكون ستتضخم تضخمًا أكبر أو أصغر بقليل من غيرها من المناطق، وبهذا تنتج بنية متماوجة مطبوعة على التجانس الكلي للكون. عادة ما تقتصر تفاوتات ميكانيكا الكم الواضحة على المستوى الذري. لكن إذا كان تفسير التموجات الكونية صحيحًا، فإن التفاوتات التي تحدث على المستوى الذري تعرضت لتضخم هائل وامتدت لتشمل السماء بأسرها. في الواقع قمت ببعض الأبحاث على هذا الموضوع بنفسي في السبعينيات عندما كنت في قسم الرياضيات بكلية كينجز كوليدج بجامعة لندن محاولاً فهم التأثيرات الكمية في بيئات كونية متباينة. كان هناك إحساس عام بأنه رغم أن ميكانيكا الكم لا تتصل اتصالا مباشرًا بديناميات الكون اليوم، فإنه من المؤكد أنها لعبت دورًا مهما قرب نشأة الكون، حين كان الكون في حالة مضغوطة. ساعدني في عملي هذا طالب يدعى تيم بانش، وقد قررنا أن ننظر إلى التأثيرات الكمية في كون يتمدد بنسبة أسية، بمعنى أنه يتضاعف في الحجم على مدار فترات زمنية ثابتة. وقد اخترنا هذا النموذج للكون، والمعروف لعلماء الفلك باسم فضاء دي سيتر، على اسم أول من وصفه على هذا النحو ويليام دي سيتر عام 1917، ليس لأننا رأينا أن الكون يشبهه، بل لأنه باستخدام هذا النموذج سنتمكن من حل المعادلات بدقة تامة. وفي الفيزياء النظرية يساوي الحل الدقيق الواحد مئات من التقريبات العددية.
لذا قررنا تطبيق النظرية الكمية في فضاء دي سيتر. وجدنا أنها لا تؤثر مطلقًا في كثير من الجوانب، وهو ما لم يمثل لنا أي مفاجأة وقتها لأن أغلب الحسابات بينت أن تمدد الكون يجعل الجسيمات (أو الكمات) مثل الفوتونات توجد عمومًا في فضاء خاو، أي توجد من الفراغ.¹¹ يحدث هذا لأن التمدد يقلقل أو يستثير أي مجالات، كالمجالات الكهرومغناطيسية، تنتشر في الفضاء. عادة ما يكون هذا التأثير ضئيلا أنه ربما كان مع مهما بعد الانفجار العظيم مباشرة على أي حال وجدنا أنه في فضاء دي سيتر لم يكن هناك مثل هذا الإنتاج للجسيمات، وهي نتيجة عجيبة يمكن إرجاعها إلى الطبيعة الأسية للتمدد وما تتضمنه من تماثل في الزمكان. لكن هذا لا يعني أن تمدد الفضاء في نموذج دي سيتر ليس له تأثيرات كمية على الإطلاق؛ إذ إن له تأثيرات بالفعل. وعلى وجه الخصوص كانت حالة الفراغ لفضاء دي سيتر لا تزال عرضة للتفاوتات الكمية التي يمكن النظر إليها عموما على أنها جسيمات تُخلق لكن سرعان ما تُدمَّر ثانية، تظهر للوجود ثم تزول في رقصة خاطفة (يُطلق عليها الجسيمات الافتراضية.) لا توجد بعد زيادة أو نقصان في الجسيمات، لكن يوجد الكثير من النشاط الكمي العابر.
كنا نقوم بهذا العمل في أواخر السبعينيات، لم تكن لدينا فكرة حين أنه في غضون سنوات قلائل سيكون هذا هو المطلوب تحديدًا لوصف تفاوتات الكثافة في الفضاء المتضخم. ولحسن الحظ اتضح أن النموذج الذي اخترناه - فضاء دي سیتر - هو الوصف الدقيق للصورة التي يسير عليها الكون وهو يتضخم. كنا قد اخترنا نموذج دي سيتر لسبب آخر أقل أهمية؛ لمساعدة تيم على الحصول على درجة الدكتوراه دون الحاجة لاستخدام الحاسب الآلي لإتمام الحسابات وهذه هي الصورة التي تسلكها مسيرة العلم.
هوامش
(11) Particle creation by the expansion of the universe is a purely gravitational (and normally very weak) process. It should not be confused with particle production from the decay of the inflation field, or from heat energy (such as occurred at the end of inflation).