Меню

Шанс протестировать теорию Большого Взрыва

Согласно космологической модели Большого Взрыва, наша Вселенная зародилась 13,8 миллиардов лет назад, когда вся материя и энергия начали расширяться. Считается, что этот период «космической инфляции» поясняет масштабную структуру Вселенной, образование пространства и появление космического микроволнового фона (КМФ), в значительной степени однородных во всех направлениях.

Однако на сегодняшний день не было обнаружено никаких доказательств, способных достоверно описать сценарий космической инфляции или исключить альтернативные теории. В то же время благодаря новому исследованию группы астрономов из Гарвардского университета и Гарвардско-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) у ученых может появиться новое средство тестирования одной из ключевых идей космологической модели Большого взрыва. Их статья под названием «Уникальные отпечатки альтернативной инфляции в Изначальном спектре мощности» недавно появилась в Интернете и рассматривается изданием «Physical Review Letters».

Исследование было проведено Чжиньян Ченом и Абрахамом Лебом, Гарвардский университет, кафедрой астрономии им. Фрэнка Д. Берда. Напомним, что в физической космологии теория космической инфляции утверждает, что через 10-36 секунд после Большого Взрыва возникла сингулярность, в которой сосредоточилась вся материя и энергия. Считается, что эта «Инфляционная эпоха» продолжалась 10-33 секунды после Большого взрыва; после чего Вселенная стала расширяться, уменьшая скорость «разбрасывания» вещества по мере хода времени. Иначе говоря, скорость расширения неуклонно замедляется.

Астрономия

Согласно этой же теории, начальное расширение Вселенной осуществлялось быстрее скорости света. Идея существования такой эпохи полезна для космологов, потому что она объясняет, почему Вселенная располагает примерно идентичными физическими законами в районах, пространственно удаленных друг от друга. В то же время, если Вселенная возникла из условной «точки» , тогда получается, что изначальный «объем» «инфляционного вещества» был куда большим, чем мы себе представляем себе, - иначе однородность космоса нужно поставить под сомнение. Что для астрономов и физиков кажется абсурдным.

Или же вообще отказаться от гипотезы Большого Взрыва и КМФ. А следовательно, признать, что расширяющаяся Вселенная (заодно и так называемое «красное смещение) – это всего лишь миф и удобная для всех мистификация.

Впрочем, теория Большого Взрыва - далеко не единственное объяснение того, как появилась Вселенная, хотя и наиболее общепризнанная. Что же касается иных гипотез, то им либо не хватает изначальных данных, либо они кажутся совсем уж фантастичными. В конце концов, и астрология также представляет свое видение космической эволюции, - смотрите, например, здесь. Другое дело, что все известные теоретические выкладки действительно слабо аргументированы и опираются на уже известные космологические модели. Как пишет Абрахам Леб:

«Хотя многие наблюдаемые свойства структур в нашей вселенной согласуются с сценарием инфляции, существует так много моделей инфляции, что ее трудно фальсифицировать. Инфляция также привела к понятию мультивселенной, в котором все, что может случиться, будет происходить бесконечно много раз, и такую теорию невозможно фальсифицировать посредством экспериментов, которые являются товарным знаком традиционной физики. К настоящему времени существуют конкурирующие сценарии, которые не связаны с инфляцией, где вселенная сначала сжимается, а затем отскакивает, зарождаясь с Большого взрыва. Эти сценарии могут соответствовать текущим наблюдаемым инфляциям».

В целях их изучения Леб и его коллеги разработали независимый от модели Большого Взрыва способ отличать инфляцию от альтернативных сценариев. По существу, они исходят из предположения, что массивные поля в изначальной Вселенной испытывают квантовые флуктуации и возмущения плотности, которые непосредственно фиксируют масштаб на ранних стадиях как функцию времени, то есть они будут действовать как своего рода «стандартные часы» видимогокосмического вещества.

Расширение Вселенной

Измеряя сигналы, которые, как они прогнозируют, будут исходить из этих полей, получается, что космологи смогут определить, произошли ли какие-либо изменения плотности во время сокращающейся или расширяющейся фазы ранней Вселенной. Такой подход позволяет исключить альтернативы космической инфляции, в том числе и теорию Большого Взрыва. Как объяснил Леб:

«В большинстве сценариев присутствует массивное поле в ранней вселенной. Возмущения в массивном поле в определенном пространственном масштабе осциллируются во времени подобно шару, который колеблется вверх и вниз в потенциальной яме, где масса диктует частоту колебаний. Но эволюция возмущений также зависит от рассматриваемого пространственного масштаба, а также от фонового масштабного коэффициента (который экспоненциально возрастает при родовых моделях инфляции, но уменьшается в модели контрактации)».

Эти возмущения, согласно Лебу, стали источником изменений плотности наблюдаемой сегодня астрономами Вселенной. Как эти формы были сформированы, можно определить, наблюдая за фоновой вселенной - в частности, за различением процессов расширения и сжатия.

«В моей метафоре масштабный фактор вселенной влияет на скорость, с которой лента вытягивается, когда часы оставляют на ней отметки, - уточняет Леб. - Новый сигнал, который мы прогнозируем, провляется в том, как изменяется уровень неравномерности в пространственном масштабе».

Проще говоря говоря, Леб и его коллеги определили потенциальные сигналы, который можно было измерить с использованием современных инструментов. Также было высказано предположение о том, что вариации плотности в первичной Вселенной можно обнаружить, ища доказательства негауссовости, которые являются коррекциями для оценки гауссовой функции для измерения физической величины - в данном случае КМФ. Но, как уточняет сам Леб, их еще не обнаружено:

«Новые колебания находятся в спектре мощности возмущений плотности (измеряются с помощью КМФ или исследований галактик), тогда как в проверках предыдущих предположений были задействованы эффекты, связанные с негауссовостью (не обнаружено). Результаты, представленные в нашей работе, очень своевременны, так как расширенные массивы данных собраны новыми наблюдениями за анизотропиями КMФ и исследованиями галактик»

Понимание того, как началась наша Вселенная, - это, пожалуй, самый фундаментальный вопрос космологии. Если применить этот метод, можно исключить альтернативные объяснения того, как зародилась материя, и это приблизит нас на один шаг к физическому определению времени и пространства. Мы ведь на самом деле ничего не знаем!

Добавил:Всеволод Гордиенко Дата:2018-10-08 Раздел:Астрономия