Prema kozmološkom modelu Velikog praska, naš Svemir počeo je prije 13,8 milijardi godina kada se sva materija i energija u kosmosu počela širiti. Vjeruje se da je ovo razdoblje "kozmičke inflacije" ono što predstavlja veliku strukturu svemira i zašto su prostor i kozmička mikrovalna pozadina u velikoj mjeri ujednačeni u svim smjerovima.
Međutim, do danas nisu otkriveni dokazi koji definitivno mogu dokazati scenarij kozmičke inflacije ili isključiti alternativne teorije. No zahvaljujući novom istraživanju tima astronoma sa Sveučilišta Harvard i Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziku (CfA), znanstvenici će možda imati nova sredstva za testiranje jednog od ključnih dijelova kozmološkog modela Big Bang.
Njihov se članak pod nazivom „Jedinstveni otisci alternativa inflaciji u primarnom spektru moći“ nedavno objavio na mreži i razmišlja se o objavljivanju u časopisu Pisma o fizičkom pregledu, Studiju su proveli Xingang Chen i Abraham Loeb - viši predavači na Sveučilištu Harvard i Katedra astronomije Frank D. Baird na Sveučilištu Harvard - i Zhong-Zhi Xianyu, postdoktorski suradnik na Odjelu za fiziku na Sveučilištu Harvard.
Da zaključimo, u fizičkoj kozmologiji, teorija kozmičke inflacije kaže da je sa 10-36 sekundi nakon Velikog praska, singularnost u kojoj su bile koncentrirane sve materija i energija počela se širiti. Vjeruje se da će ova "inflatorna epoha" trajati do 10. godine-33 do 10-32 sekundi nakon Velikog praska; nakon čega se Svemir počeo sporije širiti. U skladu s ovom teorijom, početno širenje Svemira bilo je brže od brzine svjetlosti.
Teorija o postojanju takve epohe korisna je za kozmologe jer pomaže objasniti zašto svemir ima gotovo iste uvjete u regijama koje su vrlo udaljene jedna od druge. U osnovi, ako kozmos potječe od malog volumena napuhanog prostora da postane veći nego što trenutno možemo promatrati, to bi objasnilo zašto je velika svemirska struktura gotovo jednolika i homogena.
Međutim, ovo nipošto nije jedino objašnjenje kako je Svemir nastao, a mogućnosti falsificiranja bilo kojeg od njih povijesno je nedostajalo. Kao što je profesor Abraham Loeb rekao za Space Magazine e-poštom:
"Iako su mnoga promatrana svojstva struktura unutar našeg svemira u skladu s scenarijem inflacije, postoji toliko mnogo modela inflacije da je teško krivotvoriti ih. Inflacija je također dovela do pojma multiverzuma u kojem se sve što se može dogoditi beskonačno mnogo puta, a takvu je teoriju nemoguće krivotvoriti eksperimentima, što je zaštitni znak tradicionalne fizike. Do sada postoje konkurentski scenariji koji ne uključuju inflaciju, u kojima se svemir najprije ugovara, a zatim odbija, umjesto da započne s velikim praskom. Ti bi se scenariji mogli podudarati s trenutnim rezultatima inflacije. "
Za vrijeme svoje studije, Loeb i njegovi kolege razvili su neovisno o modelu razlikovanja inflacije od alternativnih scenarija. U osnovi, oni predlažu da masivna polja u prvobitnom svemiru dožive kvantne fluktuacije i poremećaje gustoće koji bi izravno zabilježili razmjere ranog Svemira kao funkciju vremena - tj. Oni bi djelovali kao svojevrsni "standardni sat svemira".
Mjereći signale za koje predviđaju da će dolaziti s ovih polja, pretpostavljaju da bi kozmolozi mogli utvrditi jesu li bilo kakve razlike u gustoći zasađene tijekom ugovaranja ili širenja faze ranog Svemira. Ovo bi im učinkovito omogućilo da isključe alternative kozmičkoj inflaciji (poput scenarija Big Bounce). Kao što je Loeb objasnio:
„U većini je scenarija prirodno imati golemo polje u ranom svemiru. Perturacije u masivnom polju na određenoj prostornoj ljestvici osciliraju u vremenu poput kugle koja ide gore-dolje u potencijalnom bušotini, gdje masa diktira frekvenciju oscilacija. No, razvoj poremećaja ovisi i o prostornoj ljestvici koja se razmatra, kao i faktoru pozadinske skale (koji se eksponencijalno povećava tijekom generičkih modela inflacije, ali smanjuje kod ugovaranja modela) "
Ti bi poremećaji, rekao je Loeb, bili izvor svih razlika u gustoći koje su astronomi primijetili u svemirskom časopisu. Kako su oblikovane te varijacije, može se utvrditi promatranjem pozadinskog svemira - konkretno, bilo da se širi ili širi, što astronomi mogu razlikovati.
"Po mojoj metafori, faktor razmjera svemira utječe na brzinu povlačenja trake dok sat ostavlja na sebi kvačice", dodao je Loeb. „Novi signal koji predviđamo utisnuo je kako se razina nejednakosti u svemiru mijenja s prostornom skalom.“
Ukratko, Loeb i njegovi kolege prepoznali su potencijalni signal koji se može mjeriti pomoću trenutnih instrumenata. Oni uključuju one koji proučavaju pozadinu kozmičke mikrovalne (CMB) - kao što je ESA Planckova svemirska opservatorija - i ona koja su provodila galaksije - Sloan Digital Sky Survey, VLT Survey Telescope, Dragonfly teleskop itd.
U prijašnjim je istraživanjima sugerirano da bi se varijacije gustoće u iskonskom Univerzumu mogle otkriti traženjem dokaza o ne-Gaussovi, što su korekcije za procjenu Gaussove funkcije za mjerenje fizičke veličine - u ovom slučaju CMB. No, kako Loeb kaže, ovi tek trebaju biti otkriveni:
„Novi oscilatorni signal nalazi se u spektru snage perturbacija primordijalne gustoće (koji se rutinski mjeri iz kozmičke mikrovalne pozadine [CMB] ili galaksijskih istraživanja), dok su prethodni prijedlozi u literaturi uključivali učinke povezane s neausijancima, koji su mnogo više izazovno mjerenje (a do sad nisu otkriveni). Rezultati predstavljeni u našem radu vrlo su pravovremeni, jer se proširivi skupovi podataka prikupljaju novim opažanjima CMB anizotropija i anketama galaksija. "
Razumijevanje kako je započeo naš Svemir možda je najvažnije pitanje znanosti i kozmologije. Primjenjujući ovu metodu mogu se isključiti alternativna objašnjenja kako je Svemir započeo, to će nam biti korak bliže utvrđivanju podrijetla vremena, prostora i samog života. Pitanja "odakle mi dolazimo?" i "kako je sve počelo?" možda konačno imaju definitivan odgovor!
