Podľa kozmologického modelu Veľkého tresku sa náš vesmír začal pred 13,8 miliardami rokov, keď sa všetka hmota a energia vo vesmíre začali rozširovať. Toto obdobie „kozmickej inflácie“ sa považuje za to, čo zodpovedá za rozsiahlu štruktúru vesmíru a prečo sa vesmír a kozmické mikrovlnné pozadie (CMB) javia ako vo všetkých smeroch do veľkej miery jednotné.
Doteraz však nebol objavený žiadny dôkaz, ktorý by jednoznačne dokázal kozmický inflačný scenár alebo vylúčil alternatívne teórie. Ale vďaka novej štúdii tímu astronómov z Harvardskej univerzity a Harvardsko-Smithsonovského centra pre astrofyziku (CfA) môžu mať vedci nové prostriedky na testovanie jednej z kľúčových častí kozmologického modelu Veľkého tresku.
Ich príspevok s názvom „Unikátne odtlačky prstov alternatív k inflácii v pravekom spektrálnom spektre“ sa nedávno objavil online a zvažuje sa jeho uverejnenie v Listy o fyzickom preskúmaní, Štúdiu viedli Xingang Chen a Abraham Loeb - hlavný lektor na Harvardskej univerzite a Frank D. Baird, predseda astronómie na Harvardskej univerzite, respektíve Zhong-Zhi Xianyu, postdoktorand na Katedre fyziky na Harvardskej univerzite.
Zhrnúť, vo fyzickej kozmológii, teória kozmickej inflácie uvádza, že na 10-36 sekúnd po Veľkom tresku sa začala rozširovať jedinečnosť, v ktorej bola sústredená všetka hmota a energia. Predpokladá sa, že táto „inflačná epocha“ trvala do 10 rokov-33 do 10-32 sekúnd po Veľkom tresku; potom sa vesmír začal rozširovať pomalšie. V súlade s touto teóriou bola počiatočná expanzia vesmíru rýchlejšia ako rýchlosť svetla.
Teória, že takáto epocha existovala, je užitočná pre kozmológov, pretože pomáha vysvetliť, prečo má vesmír takmer rovnaké podmienky v regiónoch, ktoré sú od seba veľmi vzdialené. V podstate, ak vesmír vznikol z malého objemu vesmíru, ktorý bol nahustený, aby sa zväčšil, ako môžeme v súčasnosti pozorovať, vysvetlilo by to, prečo je rozsiahla štruktúra vesmíru takmer jednotná a homogénna.
Toto však v žiadnom prípade nie je jediným vysvetlením toho, ako vznikol vesmír a schopnosť falšovať ktorýkoľvek z nich historicky chýba. Ako profesor Abraham Loeb povedal časopisu Space Magazine e-mailom:
„Hoci mnohé pozorované vlastnosti štruktúr v našom vesmíre sú v súlade s inflačným scenárom, existuje toľko modelov inflácie, že je ťažké ho falšovať. Inflácia tiež viedla k myšlienke multivesmíru, v ktorom sa môže stať čokoľvek, čo sa môže stať nekonečne mnohokrát, a takáto teória sa nedá falšovať experimentmi, čo je ochranná známka tradičnej fyziky. K dnešnému dňu existujú konkurenčné scenáre, ktoré nezahŕňajú infláciu, v ktorých sa vesmír najprv stiahne a potom sa namiesto toho, aby začínal s Veľkým treskom, odrazí. Tieto scenáre by mohli zodpovedať súčasným pozorovateľným ukazovateľom inflácie. “
Na účely ich štúdia Loeb a jeho kolegovia vyvinuli spôsob nezávislého odlíšenia inflácie od alternatívnych scenárov. V podstate navrhujú, aby masívne polia v pravekom vesmíre zažili kvantové fluktuácie a poruchy hustoty, ktoré by priamo zaznamenávali mierku skorého vesmíru ako funkciu času - t. J. Pôsobili ako akýsi „štandardný čas vesmíru“.
Meraním signálov, ktoré predpokladajú, že budú pochádzať z týchto polí, predpokladajú, že kozmológovia budú vedieť, či sa počas kontrakcie alebo rozširujúcej sa fázy skorého vesmíru objavili nejaké rozdiely v hustote. To by im efektívne umožnilo vylúčiť alternatívy kozmickej inflácie (ako je napríklad scenár Big Bounce). Ako vysvetlil Loeb:
„Vo väčšine scenárov je prirodzené mať v ranom vesmíre obrovské pole. Poruchy v masívnom poli na určitej priestorovej mierke oscilujú v čase ako guľa, ktorá stúpa a klesá v potenciálnej studni, kde hmotnosť určuje frekvenciu kmitov. Vývoj porúch však závisí aj od uvažovaného priestorového rozsahu, ako aj od faktora pozadia (ktorý sa exponenciálne zvyšuje počas generických modelov inflácie, ale klesá pri zmluvných modeloch). ““
Tieto poruchy sú podľa Loeba zdrojom akýchkoľvek variácií hustoty pozorovaných astronómami v časopise Space Magazine. Ako sa tieto variácie tvarovali, je možné určiť pozorovaním vesmíru v pozadí - konkrétne, či sa rozširuje alebo sťahuje, čo môžu astronómovia rozlíšiť.
"Podľa mojej metafory faktor mierky vo vesmíre ovplyvňuje rýchlosť, ktorou sa páska sťahuje, keď na nej hodiny zanechávajú značky," dodal Loeb. "Nový signál, ktorý predpovedáme, vtlačil, ako sa úroveň nerovností vo vesmíre mení s priestorovým meradlom."
Loeb a jeho kolegovia skrátka identifikovali potenciálny signál, ktorý by bolo možné zmerať pomocou súčasných prístrojov. Patria sem tie, ktoré študovali Kozmické mikrovlnné pozadie (CMB) - napríklad ESA Planck vesmírne observatórium - a tie, ktoré uskutočňovali prieskumy galaxií - prieskum Sloan Digital Sky Survey, VLT Survey Telescope, Dragonfly ďalekohľad atď.
V predchádzajúcich štúdiách sa navrhovalo, že variácie hustoty v praveku vesmíru by sa dali zistiť hľadaním dôkazov o iných než gaussianitách, čo sú korekcie odhadu Gaussovej funkcie na meranie fyzikálnej veličiny - v tomto prípade CMB. Ale ako to povedal Loeb, tieto sa ešte musia zistiť:
„Nový oscilačný signál sa nachádza v silovom spektre porúch primordiálnej hustoty (ktorá sa bežne meria z prieskumov kozmického mikrovlnného žiarenia [CMB] alebo galaxie), zatiaľ čo predchádzajúce návrhy v literatúre obsahovali účinky súvisiace s neabussianitami, ktoré sú omnoho viac náročné na meranie (a zatiaľ neboli zistené). Výsledky prezentované v našej práci sú veľmi aktuálne, pretože rozšírené súbory údajov sa zbierajú novými pozorovaniami anizotropií a prieskumov galaxií CMB. “
Pochopenie toho, ako náš vesmír začal, je možno najzákladnejšou otázkou vo vede a kozmológii. Ak sa pomocou tejto metódy dajú vylúčiť alternatívne vysvetlenia toho, ako začal vesmír, bude to o krok bližšie k určeniu pôvodu času, priestoru a samotného života. Otázky „odkiaľ pochádzame?“ a „ako sa to začalo?“ môže mať konečnú odpoveď!
