Po kozmološkem modelu Big Bang se je naše Vesolje začelo pred 13,8 milijardami let, ko se je vsa materija in energija v kozmosu začela širiti. Verjame se, da je to obdobje "kozmične inflacije" tisto, kar predstavlja obsežno strukturo vesolja in zakaj sta vesolje in kozmično mikrovalovno ozadje (CMB) v vseh smereh večinoma enotna.
Vendar do danes ni odkritih nobenih dokazov, ki bi vsekakor lahko dokazali scenarij kozmične inflacije ali izključili alternativne teorije. Toda zahvaljujoč novi raziskavi skupine astronomov z univerze Harvard in Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziko (CfA) bodo znanstveniki morda imeli novo sredstvo za testiranje enega ključnih delov kozmološkega modela Big Bang.
Njihov prispevek z naslovom "Edinstveni prstni odtisi alternativ inflaciji v prvotnem spektru moči" se je nedavno pojavil na spletu in je v pripravi za objavo v Pisma o fizičnem pregledu. Študijo sta vodila Xingang Chen in Abraham Loeb - višji predavatelj na univerzi Harvard in Katedra za astronomijo Frank D. Baird na univerzi Harvard - in Zhong-Zhi Xianyu, podoktorski sodelavec na oddelku za fiziko na univerzi Harvard.
Če povzamemo, v fizikalni kozmologiji teorija kozmične inflacije pravi, da je pri 10-36 sekund po velikem udaru se je začela širiti posebnost, v kateri so bile koncentrirane vse snovi in energije. Ta „inflacijska epoha“ naj bi trajala do 10. leta-33 do 10-32 sekunde po velikem udaru; zatem se je Vesolje začelo počasneje širiti. V skladu s to teorijo je bilo prvotno širjenje Vesolja hitrejše od svetlobne hitrosti.
Teorija o obstoju takšne epohe je za kozmologe koristna, saj pomaga razložiti, zakaj ima Vesolje skoraj enake pogoje v regijah, ki so zelo oddaljene druga od druge. V bistvu, če bi kozmos izviral iz majhnega obsega prostora, ki je bil napihnjen, da bi postal večji, kot ga lahko trenutno opazujemo, bi to razložilo, zakaj je obsežna struktura Vesolja skoraj enotna in homogena.
Vendar to nikakor ni edina razlaga, kako je nastalo vesolje, in zmožnosti ponarejanja katerega koli od njih v zgodovini ni bilo. Kot je profesor Space Abrams Loeb povedal za Space Magazine po e-pošti:
"Čeprav so številne opažene lastnosti struktur v našem vesolju skladne z inflacijskim scenarijem, obstaja toliko modelov inflacije, da jih je težko ponarediti. Napihnjenost je pripeljala tudi do pojma multiverzuma, v katerem se lahko zgodi neskončno karkoli, kar se lahko zgodi, in takšne teorije je nemogoče ponarejati s poskusi, ki so zaščitni znak tradicionalne fizike. Do zdaj obstajajo tekmovalni scenariji, ki ne vključujejo inflacije, v kateri se vesolje najprej zaplete in nato odskoči, namesto da bi se začelo v velikem udaru. Ti scenariji bi se lahko ujemali s trenutnimi opaznimi inflacijami. "
Loeb in njegovi sodelavci so zaradi študije razvili model, ki je neodvisen od modela, kako razlikovati inflacijo od alternativnih scenarijev. V bistvu predlagajo, da bi množična polja v prvotnem vesolju doživela kvantna nihanja in motenja gostote, ki bi neposredno zabeležila lestvico zgodnjega Vesolja kot funkcijo časa - to bi delovala kot nekakšna "standardna ura vesolja".
Z merjenjem signalov, za katere predvidevajo, da bodo prihajali s teh polj, domnevajo, da bi kozmologi lahko ugotovili, ali so bile v času dovajanja ali širitvene faze zgodnjega vesolja posejane kakšne spremembe gostote. To bi jim dejansko omogočilo, da izključijo alternative kozmični inflaciji (kot je scenarij Big Bounce). Kot je pojasnil Loeb:
"V večini scenarijev je naravno, da je v zgodnjem vesolju ogromno polje. Motnje v masivnem polju na določeni prostorski lestvici v času nihajo kot kroglica, ki gre gor in dol v potencialno vdolbino, kjer masa narekuje frekvenco nihanj. Razvoj motenj pa je odvisen tudi od obravnavane prostorske lestvice in od faktorja ozadja (ki se med generičnimi modeli inflacije narašča eksponentno, pri pogodbenih modelih pa zmanjšuje). "
Ta motenja bi, je dejal Loeb, vir vseh sprememb v gostoti, ki so jih astronomi opazili v vesoljski reviji. Kako so se oblikovale te različice, je mogoče ugotoviti z opazovanjem vesolja v ozadju - konkretno, ali se širi ali krči, kar astronomi lahko razlikujejo.
"V moji metafori faktor obsega vesolja vpliva na hitrost vlečenja traku, ko ura pušča oznake na njem," je dodal Loeb. "Novi signal, ki ga napovedujemo, je odtisnil, kako se raven neenakomernosti v vesolju spreminja s prostorsko lestvico."
Skratka, Loeb in njegovi sodelavci so identificirali potencialni signal, ki ga je mogoče izmeriti s pomočjo trenutnih instrumentov. Sem spadajo tista, ki preučujejo kozmično mikrovalovno ozadje (CMB) - kot so ESA Planck vesoljski observatorij - in tiste, ki so izvajali raziskovanja galaksij - Sloan Digital Sky Survey, VLT Survey Telescope, Dragonfly teleskop itd.
V prejšnjih študijah je bilo predlagano, da bi bilo mogoče variacije gostote v prvotnem vesolju zaznati z iskanjem dokazov o ne-Gavsonosti, ki so popravki za oceno Gaussove funkcije za merjenje fizikalne količine - v tem primeru CMB. A kot je rekel Loeb, jih je treba še odkriti:
"Novi nihajni signal je v spektru moči primordialnih gostote motenj (ki jih rutinsko merimo iz kozmičnega mikrovalovnega ozadja [CMB] ali galaksijskih raziskovanj), medtem ko so prejšnji predlogi v literaturi vključevali učinke, povezane z neavzijčnostmi, ki so veliko več izziv za merjenje (in še niso bili odkriti). Rezultati, predstavljeni v našem prispevku, so zelo pravočasni, saj se z novimi opazovanji anizotropije in galaksije CMB zbirajo razširjene zbirke podatkov. "
Razumevanje, kako se je začelo naše Vesolje, je morda najbolj temeljno vprašanje znanosti in kozmologije. Če bomo z uporabo te metode lahko izključili alternativne razlage, kako se je vesolje začelo, nas bo še korak bližje določanju izvora časa, prostora in samega življenja. Vprašanja "od kod prihajamo?" in "kako se je vse začelo?" morda ima končno odgovor!
