Является ли наша Вселенная результатом предыдущей? — Куриосмос

Космическая инфляция — это экспоненциальное расширение пространства-времени в зачаточном состоянии Вселенной. Именно это имеют в виду ученые, когда говорят о Большом взрыве. Но что, если бы мы исключили это? Что, если бы мы могли сделать это, даже не делая предположений? Ясный, недвусмысленный сигнал из космоса мог бы исключить возможность инфляции. Так считают астрофизики из Кембриджского, Тренто и Гарвардского университетов. Авторы утверждают в статье, опубликованной в Письма из астрофизического журнала что этот сигнал, известный как фон космического гравитона (CGB), можно обнаружить, однако технические и научные проблемы остаются.

По словам первого автора статьи Доктор Санни Ваньоцци из Кембриджского института космологии им. Кавли, ныне работающего в Университете Тренто, считает, что инфляция объясняет различные проблемы тонкой настройки так называемой модели горячего Большого взрыва. Более того, квантовые флуктуации объясняют происхождение структуры нашей Вселенной. «Однако большая гибкость возможных моделей космической инфляции, которые охватывают неограниченный спектр космологических результатов, вызывает опасения, что космическая инфляция не поддается фальсификации. Даже если можно исключить отдельные инфляционные модели. Возможно ли в принципе проверить космическую инфляцию модельно-независимым способом?»

Космический микроволновый фон

Когда спутник Planck впервые измерил космический микроволновый фон (CMB), известный как старейший источник света во Вселенной, некоторые ученые усомнились в возможности космической инфляции. По словам профессора Ави Леба, соавтора Ваньоцци, результаты Планка были представлены как доказательство космической инфляции во время их объявления. Однако есть вероятность, что результаты могут на самом деле доказать обратное.

Помимо Анны Иджас и Пола Стейнхардта, Леб считал, что результаты Планка показали, что инфляция создает больше проблем, чем решает. Это означало, что необходимо было рассмотреть совершенно иную теорию происхождения Вселенной. Например, возможно, Вселенная возникла не в результате взрыва. Возможно, это началось в результате отскока от более ранней сжимающейся Вселенной. Планк опубликовал карты реликтового излучения, представляющие 100 миллионов лет до образования первых звезд, самое раннее время во Вселенной, которое мы можем видеть. Мы не можем видеть дальше.

Согласно Лебу, край Вселенной находится на расстоянии, на котором сигнал, движущийся со скоростью света, мог бы пройти через 13,8 миллиарда лет с момента рождения Вселенной. В настоящее время край Вселенной находится на расстоянии 46,5 миллиардов световых лет из-за расширения Вселенной. Наш сферический объем внутри этой границы подобен археологическим раскопкам, в ходе которых мы обнаруживаем слои космической истории, простирающиеся вплоть до Большого взрыва. Это предельный горизонт нашей вселенной. Невозможно предсказать, что лежит за горизонтом», — пояснил Леб.

Происхождение Вселенной

Возможно получение новых в поле зрения в происхождение Вселенной, изучая нейтрино, которые составляют большую часть массы Вселенной. Температура Вселенной в десять миллиардов градусов позволила нейтрино свободно путешествовать, не рассеиваясь вскоре после Большого взрыва. «Современная Вселенная должна быть заполнена остатками нейтрино того времени», — сказал Ваноцци. Отслеживая гравитоны, частицы, передающие силу гравитации, Ваньоцци и Леб говорят, что мы можем идти еще дальше назад.

«Вселенная была прозрачна для гравитонов вплоть до самого раннего момента, прослеживаемого известной физикой. Это называется планковским временем: 10 в степени -43 секунды, когда температура была максимально возможной: 10 в степени 32 градуса», — сказал Леб. «Правильное понимание того, что было до этого, требует предсказательной теории квантовой гравитации, которой у нас нет». Когда гравитоны могли свободно путешествовать по Вселенной, не рассеиваясь, Ваноцци и Леб считают, что должен был образоваться реликтовый фон теплового гравитационного излучения с температурой немногим меньше одного градуса выше абсолютного нуля: космический фон гравитонов (КГБ).

Большой взрыв и OGB

Однако теория Большого взрыва не согласуется с существованием ЦГБ. Из-за экспоненциальной инфляции такие реликвии, как CGB, были разбавлены до такой степени, что их невозможно обнаружить. Обнаружив CGB, можно было бы доказать, что космической инфляции не существует, и, следовательно, исключить ее. По словам Ваноцци и Леба, в будущем такой тест можно будет провести, и теоретически CGB можно будет обнаружить. В дополнение к фону микроволнового и нейтринного излучения, CGB вносит вклад в бюджет космического излучения. Космологические зонды следующего поколения могут обеспечить первое косвенное измерение CGB. Это можно было бы сделать, обнаружив его влияние на скорость космического расширения ранней Вселенной.

Если будет обнаружен фон высокочастотных гравитационных волн с пиками на частотах около 100 ГГц, это будет «дымящимся пистолетом» для обнаружения CGB. Обнаружение этого было бы чрезвычайно сложно и потребовало бы значительных технологических достижений в области гиротронов и сверхпроводящих магнитов. Тем не менее, будущие исследования могут идентифицировать этот сигнал, говорят исследователи.