Saskaņā ar Lielā sprādziena kosmoloģisko modeli mūsu Visums sākās pirms 13,8 miljardiem gadu, kad visa matērija un enerģija kosmosā sāka paplašināties. Tiek uzskatīts, ka šis “kosmiskās inflācijas” periods ir tas, kas veido Visuma plaša mēroga struktūru un kāpēc kosmoss un kosmiskais mikroviļņu fons (CMB) visos virzienos ir lielākoties vienādi.
Tomēr līdz šim nav atrasti pierādījumi, kas noteikti varētu pierādīt kosmiskās inflācijas scenāriju vai izslēgt alternatīvas teorijas. Bet, pateicoties Hārvarda universitātes un Hārvarda-Smitsona astrofizikas centra (CfA) astronomu komandas jaunam pētījumam, zinātniekiem var būt jauns līdzeklis, kā pārbaudīt vienu no Lielā sprādziena kosmoloģiskā modeļa galvenajām daļām.
Viņu raksts ar nosaukumu “Unikāli inflācijas alternatīvu pirkstu nospiedumi pirmatnējā enerģijas spektrā” nesen parādījās tiešsaistē un tiek izskatīts publicēšanai Fiziskās apskates vēstules. Pētījumu veica Sjingans Čens un Abrahams Loebs - attiecīgi Hārvarda universitātes vecākais pasniedzējs un Frenks Baards astronomijas katedras vadītājs Hārvardas universitātē - un Zhong-Zhi Xianyu, pēcdoktorantūras students no Hārvardas universitātes Fizikas departamenta.
Jāatgādina, ka fizikālā kosmoloģijā kosmiskās inflācijas teorija norāda, ka plkst-36 sekundes pēc lielā sprādziena sāka izplesties singularitāte, kurā koncentrējās visa matērija un enerģija. Tiek uzskatīts, ka šī “inflācijas epopeja” ilga līdz 10-33 līdz 10-32 sekundes pēc Lielā sprādziena; pēc tam Visums sāka lēnāk paplašināties. Saskaņā ar šo teoriju Visuma sākotnējā izplešanās bija ātrāka par gaismas ātrumu.
Teorija, ka šāda laikmets pastāvēja, ir noderīga kosmologiem, jo tā palīdz izskaidrot, kāpēc Visumam ir gandrīz vienādi apstākļi reģionos, kas atrodas ļoti tālu viens no otra. Būtībā, ja kosmoss radās no neliela kosmosa apjoma, kas bija piepūsts, lai kļūtu lielāks, nekā mēs šobrīd varam novērot, tas izskaidrotu, kāpēc Visuma liela mēroga struktūra ir gandrīz vienveidīga un viendabīga.
Tomēr tas nekādā ziņā nav vienīgais izskaidrojums tam, kā izveidojās Visums, un vēsturiski trūkst iespēju viltot kādu no tiem. Kā profesors Abrahams Loebs pa e-pastu stāstīja žurnālam Space Magazine:
“Lai arī daudzas novērotās struktūras mūsu Visumā saskan ar inflācijas scenāriju, ir tik daudz inflācijas modeļu, ka ir grūti to falsificēt. Inflācija noveda arī pie daudzfunkcionālās idejas, kurā viss, kas var notikt, notiks bezgalīgi daudzas reizes, un šādu teoriju nav iespējams viltot ar eksperimentu palīdzību, kas ir tradicionālās fizikas preču zīme. Tagad ir konkurējoši scenāriji, kas neietver inflāciju, kurā Visums vispirms saraujas un pēc tam piepeši, nevis sākoties ar Lielo sprādzienu. Šie scenāriji varētu atbilst pašreizējiem inflācijas novērojumiem. ”
Pētījuma nolūkā Loebs un viņa kolēģi izstrādāja no modeļa neatkarīgu veidu, kā atšķirt inflāciju no alternatīvajiem scenārijiem. Būtībā viņi ierosina, ka masīvie lauki pirmatnējā Visumā piedzīvos kvantu svārstības un blīvuma traucējumus, kas tieši reģistrētu agrīnā Visuma mērogu kā laika funkciju - t.i., tie darbotos kā sava veida “Visuma standarta pulkstenis”.
Izmērot signālus, kas, pēc viņu prognozēm, nāk no šiem laukiem, viņi izvirza hipotēzi, ka kosmologi spēs pateikt, vai agrīnā Visuma sašaurināšanās vai paplašināšanās fāzē ir iesētas jebkādas blīvuma izmaiņas. Tas viņiem faktiski ļautu izslēgt kosmiskās inflācijas alternatīvas (piemēram, Lielās atlēciena scenārijs). Kā skaidroja Loebs:
“Lielākajā daļā scenāriju ir dabiski, ka agrīnajā Visumā ir milzīgs lauks. Pārmērīgas ekspozīcijas masīvajā laukā noteiktā telpiskā mērogā ar laiku svārstās kā bumba, kas dodas augšup un lejup potenciālajā iedobē, kur masa diktē svārstību frekvenci. Bet perturbāciju attīstība ir atkarīga arī no izskatāmās telpiskās skalas, kā arī no fona skalas koeficienta (kas eksponenciāli palielinās vispārējo inflācijas modeļu laikā, bet samazinās sarūkošajos modeļos). ”
Šīs aizdomas, pēc Lobija teiktā, varētu izraisīt jebkādas blīvuma izmaiņas, kuras astronomi novērojuši žurnālā Space. To, kā tika veidotas šīs variācijas, var noteikt, novērojot fona visumu - konkrēti, vai tas paplašinās vai sarūk, ko astronomi var atšķirt.
"Manā metaforā Visuma mēroga koeficients ietekmē lentes vilkšanas ātrumu, pulkstenim atstājot uz tā atzīmes," piebilda Loebs. "Jaunais signāls, kuru mēs prognozējam, ir iespiests uz to, kā Visuma nevienādību līmenis mainās līdz ar telpisko mērogu."
Īsāk sakot, Loeb un viņa kolēģi identificēja potenciālo signālu, ko varēja izmērīt, izmantojot pašreizējos instrumentus. To skaitā ir tie, kas pēta kosmisko mikroviļņu fonu (CMB) - piemēram, ESA Planks kosmosa observatorija - un tie, kas veikuši galaktiku apsekojumus - Sloan Digital Sky Survey, VLT Survey teleskops, Dragonfly teleskops utt.
Iepriekšējos pētījumos tika ierosināts, ka blīvuma izmaiņas pirmatnējā Visumā varētu noteikt, meklējot pierādījumus par ne Gaussianities, kas ir korekcijas Gausa funkcijas novērtējumā fiziskā lieluma mērīšanai - šajā gadījumā CMB. Bet, kā Loeb teica, tie vēl nav pat atklāti:
“Jaunais svārstīgo signāls atrodas pirmatnējā blīvuma traucējumu jaudas spektrā (ko parasti mēra no kosmiskā mikroviļņu fona [CMB] vai galaktiku apsekojumiem), turpretī iepriekšējie ieteikumi literatūrā bija saistīti ar efektiem, kas saistīti ar Gaussianities, kas ir daudz vairāk izaicinājums izmērīt (un līdz šim netika atklāts). Rezultāti, kas iesniegti mūsu rakstā, ir ļoti savlaicīgi, jo paplašinātas datu kopas tiek apkopotas ar jauniem CMB anizotropiju novērojumiem un galaktiku apsekojumiem. ”
Iespējams, ka zinātnes un kosmoloģijas pamatjautājumi ir izpratne par to, kā sākās mūsu Visums. Ja, izmantojot šo metodi, var izslēgt alternatīvus izskaidrojumus tam, kā sākās Visums, tas mūs tuvinās vienam solim laika, telpas un pašas dzīves izcelsmes noteikšanai. Jautājumi “no kurienes mēs esam?” un “kā tas viss sākās?” var beidzot būt noteikta atbilde!
