Što se dogodilo prije Velikog praska?

Umjetnikov koncept koji prikazuje obrasce signala generiranih primordijalnim standardnim satovima u različitim teorijama iskonskog svemira. Vrh: Veliki skok. Dno: inflacija. Slika putem CfA.

Možemo li zamisliti ono što je postojalo prije nego što je započeo naš svemir? Neke teorije sugeriraju da je prije Velikog praska sve što je postojalo ugovaralo, a ne širilo se, kao što je danas naš svemir. Na primjer, ono što se ugovaralo je primjerice ranijeg svemira. Ako je tako, ono što mi doživljavamo kao Veliki prasak zapravo je bilo dio Velikog praska. Ali popularna teorija našeg svemira, nazvana teorija inflacije, ne zahtijeva ideju prethodno ugovornog svemira.

Pa što ako se teorija inflacije može dokazati lažnom? Ako je to slučaj, vrata bi se otvorila drugim teorijama, od kojih neke sugeriraju stanje kontrakcije prije nego što je započeo naš svemir. Ako bi se teorija inflacije mogla pokazati lažnom, imali bismo potencijal da pomoću ovih drugih teorija istražimo svemir prije Velikog praska.

Sada je tim znanstvenika iz Harvard-Smithsonian centra za astrofiziku (CfA) razvio metodu koja bi se mogla koristiti za eksperimentalno falsificiranje inflacije. Studija će se pojaviti u časopisu Physics Physical Review Letters kao prijedlog urednika.

Krenimo od početka ovdje ... doslovno. Inflacija je teorija koja govori o vremenu neposredno nakon Velikog praska. U njemu je opisan svemir koji se dramatično proširio u veličini u kratkoj djeliću sekunde. Teorija inflacije rješava neke važne misterije o strukturi i evoluciji našeg svemira. Međutim, prema znanstvenicima CfA-e, ove vrlo misije mogu objasniti i druge vrlo različite teorije - uključujući i one koje omogućuju prethodno ugovorni svemir i Veliki odskok. Ti su znanstvenici u izjavi rekli:

Da bi se pomoglo odlučivanju između inflacije i ovih drugih ideja, neizbježno se postavilo pitanje lažiranja - odnosno može li se teorija testirati tako da potencijalno pokaže da je lažna.

Neki istraživači, uključujući Avi Loeb iz organizacije CfA - koja je dio nove studije - ranije su izrazili zabrinutost zbog inflacije, uz obrazloženje da je bilo teško, ako ne i nemoguće krivotvoriti. Loeb je rekao:

Lažiranje bi trebalo biti znak svake znanstvene teorije. Trenutna situacija s inflacijom je da je to tako fleksibilna ideja, da je ne može eksperimentalno falsificirati. Bez obzira na to koju vrijednost ljudi mjeri za neki opaženi atribut, uvijek postoje neki modeli inflacije koji to mogu objasniti.

Tim znanstvenika koji su vodili CfA-in Xingang Chen, zajedno s Loebom i Zhong-Zhi Xianyuom s Katedre za fiziku Sveučilišta Harvard, primijenili su ideju koju nazivaju prvobitnim standardnim satom prema neinflatornim teorijama i postavili metodu koji se mogu koristiti za eksperimentalno falsificiranje inflacije.

U nastojanju da nađe neke karakteristike koje mogu razdvojiti inflaciju od ostalih teorija, tim je započeo identificirajući definirajuće svojstvo različitih teorija evoluciju veličine prvobitnog svemira. Xianyu je rekao:

Na primjer, tijekom inflacije veličina svemira raste eksponencijalno. U nekim alternativnim teorijama veličina svemira se smanjuje. Neki to rade vrlo sporo, dok drugi to rade vrlo brzo.

Atributi koje su ljudi dosad predložili za mjerenje obično imaju problema s razlikovanjem različitih teorija jer nisu izravno povezane s razvojem veličine prvobitnog svemira.

Dakle, željeli smo pronaći koji su atributi koji se mogu primijetiti i koji se mogu izravno povezati s tim definirajućim svojstvom.

Prema tim znanstvenicima, signali generirani prvobitnim standardnim satom mogu poslužiti takvoj svrsi. Objasnili su:

Taj je sat svaka vrsta teških elementarnih čestica u prvobitnom svemiru. Takve čestice trebaju postojati u bilo kojoj teoriji, a njihovi bi položaji trebali oscilirati u određenoj redovnoj frekvenciji, slično kao otkucavanje klatna sata.

Primordijalni svemir nije bio posve ujednačen. Utvrđene su sitne nepravilnosti u gustoći na sitnim ljestvicama koje su postale sjeme velike strukture opažene u današnjem svemiru. To je primarni izvor informacija na koji se fizičari oslanjaju kako bi saznali što se dogodilo prije Velikog praska.

Tikovi standardnog sata generirali su signale koji su utisnuti u strukturu tih nepravilnosti. Standardni satovi u različitim teorijama iskonskog svemira predviđaju različite obrasce signala, jer su evolucijske povijesti svemira različite.

Chen je rekao:

Ako zamislimo sve informacije koje smo do sada saznali o onome što se događalo prije Velikog praska u kolutima filmskih okvira, onda nam standardni sat govori kako se ti kadrovi trebaju igrati. Bez ikakvih informacija o satu, ne znamo treba li film reproducirati naprijed ili natrag, brzo ili sporo, baš kao što nismo sigurni je li se prvobitni svemir naduvao ili smanjio i koliko je brzo to učinio. Tu leži problem. Standardni sat stavio je vremenske oznake na svaki od tih kadrova kada je film snimljen prije Velikog praska i govori nam kako igrati film.

Tim je izračunao kako bi ovi standardni signali takta trebali izgledati u neinflatornim teorijama i predložio kako ih treba tražiti u astrofizičkim promatranjima. Koautor Xianyu je rekao:

Ako se nađe uzorak signala koji predstavlja ugovorni svemir, falsificirao bi čitavu inflatornu teoriju.

Chen je dodao da uspjeh ove ideje leži u eksperimentiranju. On je rekao:

Ti će signali biti vrlo suptilni za otkrivanje, pa ćemo možda morati pretraživati ​​na više različitih mjesta. Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje je jedno takvo mjesto, a raspodjela galaksija drugo. Već smo počeli tražiti te signale i postoje već zanimljivi kandidati ...

Kao i uvijek, rekli su, potrebno je više promatračkih podataka da bi se te teorijske ideje ostvarile.

Dno crta: Ne znamo što se dogodilo prije Velikog praska, ali neke kozmološke teorije sugeriraju sužavanje prije toga. Možda se raniji svemir ugovarao. Nažalost, najpopularnija kosmološka teorija današnjice - teorija inflacije - ne zahtijeva ovu ideju. Sada su znanstvenici iz CfA osmislili način na koji bi mogla biti lažirana teorija inflacije. Ako bi bila lažna, vrata bi bila otvorena i za neke druge teorije koje nagovještavaju kontrakciju prije Velikog praska.

Izvor: Jedinstveni otisci alternativa inflaciji u primarnom spektru moći

Povezani prethodni rad: Kvantni primordijalni standardni satovi

Preko CfA