W zeszłym miesiącu astrofizycy ogłosili rewolucyjne odkrycie: znaleziono przekonujące dowody na istnienie fal grawitacyjnych, a źródłem tych fal może być okres inflacji bezpośrednio po Wielkim Wybuchu.
Może to jest przekonujący dowód, ale czy może istnieć inne wyjaśnienie?
W dokumencie przedstawionym we wstępnych publikacjach ArXiv w zeszłym tygodniu trzech fizyków teoretycznych odłożyło na bok wyniki projektu Kosmiczna ekstragalaktyczna polaryzacja 2 (BICEP2), sugerując, że istnieje inne źródło fal grawitacyjnych.
Po pierwsze, cofnijmy się trochę. Czym jest inflacja i jak fale grawitacyjne stały się dowodem jej występowania?
Graficzne przedstawienie osobliwości wszechświata.
W skrócie, kiedy projekt BICEP2 wykrył fale polaryzacyjne w kosmicznym mikrofalowym tle (CMB), sygnał odpowiadał teoretycznym przewidywaniom, jak powinny wyglądać fale grawitacyjne. Jednak do tej pory fale grawitacyjne (których istnienie zasugerował Einstein podczas opracowywania ich ogólnej teorii względności prawie 100 lat temu) były bardzo trudne do wykrycia. Na pierwszy rzut oka wyniki badań BICEP2 są historyczne. Te obserwacje fal grawitacyjnych nie są kwestionowane przez żadnego naukowca. Ale jak te fale grawitacyjne ostatecznie pozostawiły niezatarty ślad na kosmicznym mikrofalowym tle? To jest punkt sporny.
Kosmiczna warstwa mikrofalowa istnieje wszędzie, w granicach naszych możliwości obserwacji. Biorąc pod uwagę, że jest to „Echo” Wielkiego Wybuchu, które miało miejsce prawie 14 miliardów lat temu, możemy analizować bardzo niewielkie fluktuacje temperatury (znane jako „anizotropie”), aby uzyskać wyobrażenie o strukturze Wszechświata bezpośrednio po Wielkim Wybuchu.
Kosmolodzy wierzą, że aby wszechświat istniał w obecnej skali, po raz pierwszy nastąpił Wielki Wybuch, a następnie nastąpił okres intensywnego przyspieszenia. Szybciej niż prędkość światła, ekspansja wystąpiła na jednej miliardowej miliardowej miliardowej części jednej milionowej sekundy po Wielkim Wybuchu.
Etapy ewolucji wszechświata. Kliknij obraz, aby go powiększyć
Dla nowoczesnego zrozumienia Wszechświata będzie sprawiedliwe, że powinna istnieć inflacja.
Jak wyjaśnia zespół projektu BICEP2, fala grawitacyjna zamknięta w kosmicznej warstwie mikrofalowej zakłada, że same fale grawitacyjne mają pochodzenie inflacyjne. Fale grawitacyjne generujące najbardziej energetyczne zdarzenia we Wszechświecie, począwszy od czarnych dziur, a skończywszy na eksplozjach gwiazd, rozprzestrzeniające się w czasoprzestrzeni z prędkością światła. Badacze teorii inflacji uważają również, że pierwotne fale grawitacyjne mogą być generowane podczas najbardziej intensywnego zdarzenia, którego nigdy nie zobaczymy: inflacji. Wyniki projektu BICEP2 niewątpliwie wskazują na obecność przekonujących dowodów na inflacyjne i kwantowe pochodzenie tych fal.
Jednak fizycy teoretyczni James B. Dent (University of Louisiana, Lafayette), Lawrence M. Krauss (University of Arizona, Tempe) i Harsh Mathur (University Case Western Reserve, Cleveland, Ohio ) uważają, że badacze BICEP2 mogli przegapić alternatywne źródło tych fal.
„Pomimo faktu, że sygnał inflacyjny pozostaje najbardziej prawdopodobnym źródłem (sygnału fali grawitacyjnej), pomiar prądu nadal niestety pozwala na możliwość, że fale grawitacyjne w tle mogą powstać w wyniku samo-uporządkowanego przejścia tła skalarnego, które nastąpiło nieco później”. napisał fizykę.
Co to oznacza?
Wykres wszechświata Lambda-CBR (od Wielkiego Wybuchu do naszej ery).
Po Wielkim Wybuchu wszechświat wyglądał jak chaotyczny bałagan energii. Gdy tylko zaczęła się ochładzać, ta energia zaczęła powoli się kondensować (jak krople deszczu utworzone z pary w chmurach), tworząc podstawowe cząstki i siły, które znamy i kochamy w naszej epoce nowożytnej. Każda cząstka i siła pojawiły się po każdym kolejnym „przejściu fazowym”. Ale te zmiany fazowe nie były równe i nie wystąpiły w tym samym czasie w całym wszechświecie. Zmiany fazowe wystąpiły w zlokalizowanych kieszeniach. Ale w krytycznym momencie, kiedy Wszechświat wystarczająco się ochłodzi, uważa się, że te kieszenie wyrównały się od razu.
Chociaż ta krytyczna zmiana punktu fazowego w całym Wszechświecie miała mniej energii niż okres inflacji, który miał miejsce wcześniej, James B. Dent i jego zespół sugerują, że to wydarzenie stworzyło falę, która wygenerowała fale grawitacyjne, które BICEP2 obserwuje obecnie w kosmicznej warstwie mikrofalowej.
Jak zauważono w ArXiv, teoretycy nie dyskutują, czy inflacja była, czy nie, próbują określić inne źródła fal grawitacyjnych.
Jeśli chodzi o rozwiązywanie tajemnic na początku Kosmosu, nie możesz wybrać jednej teorii, która „dowodzi” tylko jednego mechanizmu. Chociaż naukowcy z BICEP2 znaleźli mocne dowody na to, że fale grawitacyjne mają pochodzenie inflacyjne, ta nowa praca pokazuje, że fizycy teoretyczni nie są daleko od znalezienia konsensusu.
