Attēla kredīts: Habls
Zinātnieki, kuri pēta lielo sprādzienu, apgalvo, ka ir iespējams, ka stīgu teoriju kādu dienu var pārbaudīt eksperimentāli, izmērot lielā sprādziena pēcspīdumu.
Jēlas universitātes fizikas asistents Ričards Īsters trešdien, 12. maijā, Stenfordas universitātē apspriedīs šo iespēju ar nosaukumu “Ārpus Einšteina: no lielā sprādziena līdz melnajiem caurumiem”. Īsthera kolēģi ir Braiens Greēns no Kolumbijas universitātes, Viljams Kinnijs no Bufalo universitātes SUNY, Hiranya Peiris no Prinstonas universitātes un Gerijs Šiu no Viskonsinas universitātes.
Stīgu teorija mēģina apvienot lielā (smaguma) un mazā (atoma) fiziku. Tagad tos apraksta divas teorijas - vispārējā relativitāte un kvantu teorija, kuras, visticamāk, būs nepilnīgas.
Kritiķi stīgu teoriju ir nicinājuši kā “filozofiju”, kuru nevar pārbaudīt. Tomēr Īstera un viņa kolēģu rezultāti liek domāt, ka novērojumu pierādījumi, kas atbalsta stīgu teoriju, ir atrodami rūpīgos Kosmiskā mikroviļņu fona (CMB) mērījumos, kas ir pirmā gaisma, kas parādījās pēc Lielā sprādziena.
"Lielajā sprādzienā, kas ir visspēcīgākais notikums Visuma vēsturē, mēs redzam enerģijas, kas vajadzīgas, lai atklātu smalkās stīgu teorijas pazīmes," sacīja Īsters.
Stīgu teorija atklājas tikai ļoti nelielos attālumos un ar lielu enerģiju. Planka skala mēra 10-35 metrus, kas ir teorētiski īsākais attālums, ko var noteikt. Salīdzinājumam - niecīgs ūdeņraža atoms, kura platums ir 10–10 metri, ir desmit triljonus triljonu reižu platāks. Līdzīgi lielākie daļiņu paātrinātāji ģenerē 1015 elektronu voltu enerģiju, sadurot apakšatomu daļiņas. Šis enerģijas līmenis var atklāt kvantu teorijas fiziku, taču tas joprojām ir aptuveni triljonu reižu mazāks par enerģiju, kas nepieciešama virkņu teorijas pārbaudei.
Zinātnieki saka, ka Visuma pamat spēki - gravitācija (ko nosaka vispārējā relativitāte), elektromagnētisms, “vāji” radioaktīvie spēki un “spēcīgi” kodolieroči (tos visus definē kvantu teorija) - tika apvienoti lielā enerģijas zibspuldzē Bang, kad visa matērija un enerģija bija ierobežota apakšatomu skalā. Kaut arī lielais sprādziens notika gandrīz pirms 14 miljardiem gadu, pēc tā mirdzuma, CMB joprojām sedz visu Visumu un satur fosilizētu ierakstu par pirmajiem laika mirkļiem.
Vilkinsona mikroviļņu anizotropijas zonde (WMAP) pēta CMB un atklāj smalkas temperatūras atšķirības šajā lielā mērā vienmērīgajā starojumā, kvēlot tikai 2,73 grādos pēc Celsija virs absolūtās nulles. Vienveidība ir pierādījums “inflācijai”, periodam, kad Visuma paplašināšanās strauji paātrinājās, apmēram 10-33 sekundes pēc lielā sprādziena. Inflācijas laikā Visums pieauga no atomu skalas līdz kosmiskam mērogam, palielinot simt triljonu triljonu reizes lielumu. Enerģijas lauks, kas virzīja inflāciju, tāpat kā visi kvantu lauki, saturēja svārstības. Šīs svārstības, kas ieslodzītas kosmiskā mikroviļņu fonā, piemēram, viļņi uz aizsaluša dīķa, var saturēt virkņu teorijas pierādījumus.
Īstērs un viņa kolēģi salīdzina straujo kosmisko izplešanos, kas notika tūlīt pēc lielā sprādziena, ar fotogrāfijas palielināšanu, lai atklātu atsevišķus pikseļus. Kamēr fizika Planka mērogā veica “pulsāciju” 10-35 metru garumā, pateicoties Visuma paplašināšanai, svārstības tagad varētu aptvert daudzus gaismas gadus.
Īstērs uzsvēra, ka ir tālu, ka stīgu teorija var atstāt izmērāmu ietekmi uz mikroviļņu fona, smalki mainot karsto un auksto punktu modeli. Tomēr stīgu teoriju ir tik grūti eksperimentāli pārbaudīt, ka ir vērts izmēģināt jebkuru iespēju. WMAP pārņēmēji, piemēram, CMBPol un Eiropas misija Planck, mērīs CMB ar nepieredzētu precizitāti.
CMB modifikācijas, kas izriet no virkņu teorijas, varētu atkāpties no standarta prognozēm par temperatūras atšķirībām kosmiskā mikroviļņu fona apstākļos pat par 1%. Tomēr neliela atkāpe no dominējošās teorijas ir bez precedenta. Piemēram, izmērītā dzīvsudraba orbīta atšķīrās no tā, ko prognozēja Īzaka Ņūtona smaguma likums, apmēram septiņdesmit jūdzes gadā. Vispārējā relativitāte, Alberta Einšteina gravitācijas likums, varētu izskaidrot neatbilstību, ko kosmosa laikā rada smalks velks no Saules gravitācijas, kas paātrina Merkura orbītu.
Plašāku informāciju par sanāksmi “Beyond Einstein” skatiet vietnē http://www-conf.slac.stanford.edu/einstein/.
Oriģinālais avots: Jēlas universitātes ziņu izlaidums
