Kas notika pirms Lielā sprādziena?

Zilais sinusa vilnis plašāks pa labi virs burbuļa, kas izplešas pa labi.

Mākslinieka koncepcija, kas parāda pirmatnējo standarta pulksteņu ģenerēto signālu modeļus dažādās pirmatnējā Visuma teorijās. Augšā: liels atlēciens. Apakšā: inflācija. Attēls caurCfA.


Vai mēs varam nojaust, kas pastāvēja pirms mūsu Visuma sākuma? Dažas teorijas liecina, ka pirms Lielā sprādziena viss, kas pastāvēja, bijalīgumu slēgšana, nevis paplašinās, kā mūsu Visums ir šodien. Varbūt, piemēram, līgumslēdzēja bija agrāks Visums. Ja tā, tad tas, ko mēs uztveram kā Lielo sprādzienu, faktiski bija daļa noLiels atlēciens. Bet populāra mūsu Visuma teorija, ko sauc parinflācijas teorija,navaicināt uz ideju par Visumu, kas iepriekš saraujas.

Ko darīt, ja inflācijas teoriju varētu pierādīt kā nepatiesu? Ja tā, tad durvis pavērtos citām teorijām, no kurām dažas liecina par kontrakcijas stāvokli pirms mūsu Visuma sākuma. Ja inflācijas teoriju varētu pierādīt kā nepatiesu, mums būtu zināms potenciāls, izmantojot šīs citas teorijas, pārbaudīt Visumu pirms Lielā sprādziena.


Tagad zinātnieku komanda Hārvarda-Smitsona astrofizikas centrā (CfA) ir noteikusi metodi, ko varētu izmantot, lai eksperimentāli viltotu inflāciju. Pētījums parādīsies fizikas žurnālāFiziskās apskates vēstulesRedaktora ieteikums.

Sāksim šeit no sākuma ... burtiski. Inflācija ir teorija, kas runā par laiku tūlīt pēc Lielā sprādziena. Tajā aprakstīts Visums, kura izmērs dramatiski palielinājās par īsu sekundes daļu. Inflācijas teorija atrisina dažus svarīgus noslēpumus par mūsu Visuma uzbūvi un attīstību. Bet, pēc CfA zinātnieku domām, šīs noslēpumus var izskaidrot arī citas ļoti atšķirīgas teorijas, tostarp tās, kas pieļauj Visumu, kas iepriekš saraujas, un lielu atlēcienu. Šie zinātnieki teica apaziņojums, apgalvojums:

Lai palīdzētu izlemt starp inflāciju un citām idejām, jautājums parviltošana- tas ir, vai teoriju var pārbaudīt, lai potenciāli pierādītu, ka tā ir nepatiesa - neizbēgami ir radusies.

Daži pētnieki, tostarpAvi LēbsCfA, kurš ir daļa no jaunā pētījuma, iepriekš bija paudis bažas par inflāciju, pamatojoties uz to, ka to bija grūti, ja ne neiespējami viltot. Lēbs teica:


Falsificējamībai vajadzētu būt jebkuras zinātniskās teorijas pazīmei. Pašreizējā inflācijas situācija ir tāda, ka tā ir tik elastīga ideja, ka to nevar viltot eksperimentāli. Neatkarīgi no tā, kādu vērtību cilvēki mēra kādam novērojamam atribūtam, vienmēr ir daži inflācijas modeļi, kas to var izskaidrot.

Zinātnieku komanda, kuru vada CfASjiņgangs Čens, kopā ar Lēbu unDžun-Dži Sianjuno Hārvardas Universitātes Fizikas nodaļas, ir izmantojuši ideju, ko viņi sauc par apirmatnējs standarta pulkstenisneinflācijas teorijām un izklāstīja metodi, ko var izmantot, lai eksperimentāli viltotu inflāciju.

Cenšoties atrast kādu īpašību, kas var atdalīt inflāciju no citām teorijām, komanda sāka, nosakot dažādu teoriju noteicošo īpašību - pirmatnējā Visuma lieluma attīstību. Xianyu teica:

Piemēram, inflācijas laikā Visuma lielums pieaug eksponenciāli. Dažās alternatīvās teorijās Visuma lielums saraujas. Daži to dara ļoti lēni, bet citi to dara ļoti ātri.


Atribūtiem, ko cilvēki līdz šim ir ierosinājuši izmērīt, parasti ir grūtības atšķirt dažādas teorijas, jo tās nav tieši saistītas ar pirmatnējā Visuma lieluma attīstību.

Tātad, mēs vēlējāmies noskaidrot, kādi novērojamie atribūti ir tieši saistīti ar šo īpašību.

Pēc šo zinātnieku domām, sākotnējā standarta pulksteņa radītie signāli var kalpot šādam mērķim. Viņi paskaidroja:

Šis pulkstenis ir jebkura veida smagas elementārdaļiņas pirmatnējā Visumā. Šādām daļiņām vajadzētu pastāvēt jebkurā teorijā, un to pozīcijām vajadzētu svārstīties noteiktā regulārā frekvencē, līdzīgi kā pulksteņa svārsta tikšķēšana.


Pirmatnējais Visums nebija pilnīgi vienveidīgs. Nelielos blīvumos bija nelielas skalas, kas kļuva par mūsdienu Visumā novērotās liela mēroga struktūras sēklām. Šis ir galvenais informācijas avots, uz kuru fiziķi paļaujas, lai uzzinātu par to, kas notika pirms Lielā sprādziena.

Standarta pulksteņa ērces radīja signālus, kas tika iekļauti šo pārkāpumu struktūrā. Standarta pulksteņi dažādās pirmatnējā Visuma teorijās paredz dažādus signālu modeļus, jo Visuma evolūcijas vēsture ir atšķirīga.

Čens teica:

Ja visu līdz šim uzzināto informāciju par Lielo sprādzienu notikušo iedomājamies filmu kadru rullī, tad standarta pulkstenis mums norāda, kā šie kadri jāspēlē. Bez jebkādas informācijas par pulksteni mēs nezinām, vai filma jāspēlē uz priekšu vai atpakaļ, ātri vai lēni, tāpat kā mēs neesam pārliecināti, vai pirmatnējais Visums piepūšas vai saraujas un cik ātri tas notika. Šeit slēpjas problēma. Standarta pulkstenis uzlika katram no šiem kadriem laika zīmogus, kad filma tika uzņemta pirms Lielā sprādziena, un stāsta, kā spēlēt filmu.

Komanda aprēķināja, kā šiem standarta pulksteņa signāliem vajadzētu izskatīties neinflācijas teorijās, un ieteica, kā tos meklēt astrofiziskos novērojumos. Līdzautors Xianyu teica:

Ja tiktu atrasts signālu modelis, kas pārstāv Visumu, kas saraujas, tas viltotu visu inflācijas teoriju.

Čens piebilda, ka šīs idejas panākumi ir eksperimenti. Viņš teica:

Šie signāli būs ļoti smalki, lai tos atklātu, un tāpēc mums, iespējams, būs jāmeklē daudzās dažādās vietās. Kosmiskā mikroviļņu fona starojums ir viena no šādām vietām, bet galaktiku izplatība - cita. Mēs jau esam sākuši meklēt šos signālus, un jau ir daži interesanti kandidāti ...

Kā vienmēr, viņi teica, ka šo teorētisko ideju īstenošanai ir vajadzīgi vairāk novērojumu datu.

Apakšējā līnija: Mēs nezinām, kas notika pirms Lielā sprādziena, bet dažas kosmoloģiskās teorijas liecina par kontrakciju pirms tā. Varbūt agrākais Visums saruka. Diemžēl mūsdienu populārākā kosmoloģiskā teorija - inflācijas teorija - šo ideju nepieprasa. Tagad CfA zinātnieki ir izstrādājuši veidu, kā inflācijas teoriju varētu viltot. Ja tas tiktu viltots, durvis būtu atvērtas dažām citām teorijām, kas norāda uz pirms Lielā sprādziena samazināšanos.

Avots: unikālie pirkstu nospiedumi par alternatīvām inflācijai pirmatnējā spēka spektrā

Saistīts iepriekšējais darbs: Kvantu primārie standarta pulksteņi

Izmantojot CfA