Pagal Didžiojo sprogimo kosmologinį modelį, mūsų Visata atsirado prieš 13,8 milijardo metų, kai visa materija ir energija kosmose pradėjo plėstis. Manoma, kad šis „kosminės infliacijos“ laikotarpis yra plataus masto Visatos struktūros priežastis ir kodėl kosmosas ir kosminės mikrobangos fonas (CMB) iš esmės yra vienodi visomis kryptimis.
Tačiau iki šiol nebuvo rasta įrodymų, kurie neabejotinai galėtų įrodyti kosminės infliacijos scenarijų ar paneigti alternatyvias teorijas. Tačiau Harvardo universiteto ir Harvardo-Smithsoniano astrofizikos centro (CfA) astronomų komandos atlikto naujo tyrimo dėka mokslininkai gali turėti naujų būdų išbandyti vieną iš pagrindinių didžiojo sprogimo kosmologinio modelio dalių.
Jų dokumentas pavadinimu „Unikalūs infliacijos alternatyvų pirštų atspaudai pradiniame galios spektre“ neseniai pasirodė internete ir yra svarstomas paskelbti Fizinės apžvalgos raštai. Tyrimą atliko atitinkamai Xingang Chen ir Abraham Loeb - atitinkamai Harvardo universiteto vyresnysis dėstytojas ir Frank D. Baird astronomijos katedros pirmininkas Harvardo universitete - ir Zhong-Zhi Xianyu, podoktorantūros bendradarbis su Harvardo universiteto Fizikos katedra.
Primenu, kad fizinėje kosmologijoje kosminės infliacijos teorija teigia, kad 10-36 sekundžių po Didžiojo sprogimo, pradėjo plisti išskirtinumas, kuriame susitelkė visa materija ir energija. Manoma, kad ši „infliacijos epocha“ truko iki 10 metų-33 iki 10-32 sekundės po Didžiojo sprogimo; po to Visata pradėjo plėstis lėčiau. Remiantis šia teorija, pradinis Visatos išsiplėtimas buvo greitesnis nei šviesos greitis.
Teorija, kad tokia epocha egzistavo, yra naudinga kosmologams, nes padeda paaiškinti, kodėl Visata turi beveik tas pačias sąlygas regionuose, kurie yra labai nutolę vienas nuo kito. Iš esmės, jei kosmosas kiltų iš nedidelio pripūstos erdvės tūrio, kad taptų didesnis, nei mes galime pastebėti šiuo metu, tai paaiškintų, kodėl didelės apimties Visatos struktūra yra beveik vienoda ir vienalytė.
Tačiau tai anaiptol nėra vieninteliai paaiškinimai, kaip susiklostė Visata, o istoriškai trūko galimybės suklastoti bet kurią iš jų. Kaip profesorius Abrahamas Loebas pasakojo „Space Magazine“ el. Paštu:
„Nors daugelis stebimų struktūrų savybių mūsų visatoje atitinka infliacijos scenarijų, yra tiek daug infliacijos modelių, kad sunku ją suklastoti. Infliacija taip pat privedė prie daugialypės minties, kad viskas, kas gali nutikti, įvyks begalę kartų, ir tokios teorijos neįmanoma klastoti eksperimentais, o tai yra tradicinės fizikos prekės ženklas. Iki šiol yra konkuruojančių scenarijų, kurie nėra susiję su infliacija, kai Visata pirmiausia susitraukia, o paskui atsimuša, o ne pradeda nuo Didžiojo sprogimo. Šie scenarijai galėtų atitikti dabartinius infliacijos stebėjimus. “
Tyrimo tikslais Loebas ir jo kolegos sukūrė nuo modelio nepriklausomą būdą atskirti infliaciją nuo alternatyvių scenarijų. Iš esmės jie siūlo, kad pirmykštės visatos masyvūs laukai patirtų kvantinius svyravimus ir tankio pasipiktinimus, kurie tiesiogiai fiksuotų ankstyvosios Visatos skalę kaip laiko funkciją - t.y., jie veiktų kaip savotiškas „standartinis Visatos laikrodis“.
Išmatuodami signalus, kurie, jų manymu, bus sklindantys iš šių laukų, jie hipotezuoja, kad kosmologai sugebės pasakyti, ar kokie nors tankio pokyčiai buvo pasėti per ankstyvosios Visatos susitraukimą ar besiplečiantį etapą. Tai iš tikrųjų leistų jiems atmesti kosminės infliacijos alternatyvas (tokias kaip „Big Bounce“ scenarijus). Kaip paaiškino Loebas:
„Daugelyje scenarijų natūralu, kad ankstyvojoje visatoje yra didžiulis laukas. Masažinio lauko pasipiktinimai tam tikrame erdviniame lygmenyje svyruoja kaip rutulys, einantis aukštyn ir žemyn potencialiame šulinyje, kur masė diktuoja virpesių dažnį. Tačiau pasipiktinimų raida taip pat priklauso nuo nagrinėjamos erdvinės skalės, taip pat nuo foninės skalės faktoriaus (kuris eksponentiškai didėja bendrų infliacijos modelių metu, bet mažėja sudarant modelius). “
Šie pasipiktinimai, sakė Loebas, bus bet kokių tankio pokyčių, kuriuos stebėjo kosmoso žurnalas astronomai, šaltinis. Kaip šios variacijos buvo suformuotos, galima nustatyti stebint foninę visatą - konkrečiai, ar ji plėtėsi, ar susitraukė, kurią astronomai gali atskirti.
„Mano metafora, visatos mastelio koeficientas turi įtakos juostos tempimo greičiui, kai laikrodis ant jo palieka varneles“, - pridūrė Loebas. „Naujas signalas, kurį mes numatome, yra įspaustas į tai, kaip Visatos netolygumų lygis keičiasi atsižvelgiant į erdvės mastelį“.
Trumpai tariant, Loebas ir jo kolegos nustatė galimą signalą, kurį būtų galima išmatuoti naudojant dabartinius prietaisus. Tai apima tuos, kurie tiria kosminį mikrobangų foną (CMB) - tokius kaip ESA Plankas kosmoso observatorija - ir tie, kurie vykdė galaktikų tyrimus - „Sloan Digital Sky Survey“, „VLT Survey“ teleskopas, „Dragonfly“ teleskopas ir kt.
Ankstesniuose tyrimuose buvo pasiūlyta, kad tankio kitimus pirmykščioje visatoje būtų galima aptikti ieškant ne Gaussiškumo įrodymų, kurie yra Gauso funkcijos įvertinimo pataisos fiziniam dydžiui matuoti - šiuo atveju CMB. Tačiau, kaip sakė Loebas, šių dar net nebuvo aptikta:
„Naujasis osciliacinis signalas yra pirmykštės tankio pertraukimų galios spektre (kuris reguliariai matuojamas iš kosminių mikrobangų fono [CMB] ar galaktikų tyrimų), tuo tarpu ankstesniuose literatūros pasiūlymuose buvo aprašytas poveikis, susijęs su ne Gausija, o tai yra daug daugiau. sunku išmatuoti (ir dar nebuvo aptikti). Straipsnyje pateikti rezultatai yra labai tinkami, nes išplėsti duomenų rinkiniai yra renkami naujais CMB anizotropijų stebėjimais ir galaktikų tyrimais. “
Suprasti, kaip prasidėjo mūsų Visata, yra turbūt svarbiausi mokslo ir kosmologijos klausimai. Taikant šį metodą bus galima paneigti alternatyvius paaiškinimus, kaip prasidėjo Visata, tai mus dar vienu žingsniu priartins prie laiko, erdvės ir paties gyvenimo ištakų nustatymo. Klausimai „iš kur mes kilę?“ ir „kaip viskas prasidėjo?“ gali pagaliau turėti galutinį atsakymą!
