Loading...

Исследование: какой была Вселенная до Большого Взрыва?

dobolvz Исследование: какой была Вселенная до Большого Взрыва?

Команда ученых предложила новый мощный тест на инфляцию, теорию о том, что Вселенная резко увеличилась в размерах за мимолетную долю секунды сразу после Большого взрыва. Их цель - дать представление о давнем вопросе: какой была Вселенная до Большого Взрыва? Хотя космическая инфляция хорошо известна тем, что раскрывает некоторые важные тайны о структуре и эволюции Вселенной, эти тайны могут быть объяснены и другими очень разными теориями.

В некоторых из этих теорий состояние вселенной до Большого взрыва - так называемой изначальной вселенной - сокращалось, а не расширялось, и, таким образом, Большой взрыв был частью Большого отскока. Для того чтобы решить, следует ли выбирать между инфляцией и этими другими идеями, неизбежно возник вопрос о фальсификации, т.е. о том, можно ли проверить теорию, чтобы доказать, что она является ложной. Некоторые исследователи, включая Ави Лоеба из Центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс, выразили озабоченность по поводу инфляции, предположив, что ее кажущаяся бесконечной адаптивность делает ее практически невозможной для надлежащего тестирования.

«Фальсификация должна быть отличительной чертой любой научной теории. Нынешняя ситуация с инфляцией заключается в том, что это такая гибкая идея, которую нельзя фальсифицировать экспериментально», - сказал Лоеб. «Независимо от того, какую ценность люди измеряют для какого-то наблюдаемого атрибута, всегда есть модели инфляции, которые могут объяснить это». Теперь команда ученых применила идею "первобытных стандартных часов» к неинфляционным теориям и разработали метод, который может быть использован для экспериментальной фальсификации инфляции. В попытке найти какую-то характеристику, которая может отделить инфляцию от других теорий, команда начала с определения определяющего свойства различных теорий - эволюции размеров исконной вселенной.

«Например, во время инфляции размер вселенной растет в геометрической прогрессии», - сказал Сяньюй. «В некоторых альтернативных теориях размер вселенной сокращается. Некоторые делают это очень медленно, в то время как другие делают это очень быстро». «Атрибуты, предложенные до сих пор людьми для измерения, обычно трудно различить между различными теориями, потому что они не имеют прямого отношения к эволюции размеров исконной вселенной», - продолжил он. «Итак, мы хотели узнать, какие наблюдаемые признаки могут быть непосредственно связаны с этим определяющим свойством». Сигналы, генерируемые изначально стандартными часами, могут служить именно для этой цели. Эти часы - любой тип тяжелой элементарной частицы в первозданной вселенной. Такие частицы должны существовать в любой теории и их положение должно колебаться на определенной регулярной частоте, подобно тиканию маятника часов.

читайте также

Первобытная вселенная не была полностью однородной. Были крошечные неровности плотности на мизерных масштабах, которые стали семенами крупномасштабной структуры, наблюдаемой в сегодняшней вселенной. Это основной источник информации, на который полагаются физики, чтобы узнать о том, что произошло до Большого взрыва. Тики стандартных часов генерировали сигналы, которые были запечатлены в структуре этих отклонений. Стандартные часы в различных теориях изначальной вселенной предсказывают различные закономерности сигналов, потому что эволюционные истории Вселенной разные.

«Если мы представим, что вся информация о том, что произошло до Большого взрыва, содержится в кадрах фильма, то стандартные часы покажут нам, как эти кадры должны воспроизводиться», - объяснил Чен. «Не имея никакой информации о часах, мы не знаем, должен ли фильм воспроизводиться вперед или назад, быстро или медленно, точно так же, как мы не уверены, надувалась ли исконная вселенная или сокращалась, и как быстро она это делала. В этом и заключается проблема. Стандартные часы ставят метки времени на каждый из этих кадров, когда фильм был снят до Большого Взрыва, и рассказывают нам, как играть в фильм». Группа рассчитала, как эти стандартные тактовые сигналы должны выглядеть в неинфляционных теориях, и предложила, как их искать в астрофизических наблюдениях. «Если бы была найдена закономерность сигналов, представляющих сокращающуюся вселенную, это фальсифицировало бы всю инфляционную теорию», - сказал Сяньюй.

Успех этой идеи заключается в экспериментах. «Эти сигналы будут очень тонкими, чтобы обнаружить, - сказал Чен, - и поэтому нам, возможно, придется искать их в разных местах». Одним из таких мест является космическое микроволновое фоновое излучение, а другим - распределение галактик. Мы уже начали искать эти сигналы, и уже есть несколько интересных кандидатов, но нам нужно больше данных». Ожидается, что многие будущие исследования галактик, такие как LSST, возглавляемая США, Euclid из Европы и недавно утвержденный проект NASA, SphereX, обеспечат высокое качество данных, которые могут быть использованы для достижения этой цели.