Згідно космологічної моделі Великого Вибуху, наш Всесвіт зародилася 13,8 мільярдів років тому, коли вся матерія і енергія почали розширюватися. Вважається, що цей період «космічної інфляції» пояснює масштабну структуру Всесвіту, утворення простору і поява космічного мікрохвильового фону (КМФ), в значній мірі однорідних за всіма напрямами.

Однак на сьогоднішній день не було виявлено жодних доказів, здатних достовірно описати сценарій космічної інфляції або виключити альтернативні теорії. У той же час завдяки новим дослідженням групи астрономів з Гарвардського університету і Гарвардсько-Смітсонівського центру астрофізики (CfA) у вчених може з'явитися новий засіб тестування однією з ключових ідей космологічної моделі Великого вибуху.

Їх стаття під назвою «Унікальні відбитки альтернативної інфляції в Первинному спектрі потужності» нещодавно з'явилася в Інтернеті і розглядається виданням «Physical Review Letters». Дослідження було проведено Чжіньян Ченом і Абрахамом Лебом, Гарвардський університет, кафедри астрономії ім. Френка Д. Берда.

Нагадаємо, що у фізичній космології теорія космічної інфляції стверджує, що через 10-36 секунд після Великого Вибуху виникла сингулярність, в якій зосередилася вся матерія і енергія. Вважається, що ця «Інфляційна епоха» тривала 10-33 секунди після Великого вибуху; після чого Всесвіт стала розширюватися, зменшуючи швидкість «розкидання» речовини у міру ходу часу. Інакше кажучи, швидкість розширення неухильно сповільнюється. Відповідно до цієї ж теорії, початкова розширення Всесвіту здійснювалося швидше за швидкість світла.

Ідея існування такої епохи корисна для космологів, тому що вона пояснює, чому Всесвіт має приблизно ідентичними фізичними законами в районах, просторово віддалених один від одного. У той же час, якщо Всесвіт виник з умовної «точки», тоді виходить, що початковий «обсяг» «інфляційного речовини» був куди більшим, ніж ми собі уявляємо собі, - інакше однорідність космосу потрібно поставити під сумнів. Що для астрономів і фізиків здається абсурдним. Або ж взагалі відмовитися від гіпотези Великого Вибуху і КМФ. А отже, визнати, що розширюється Всесвіт (заодно і так зване «червоне зміщення) - це всього лише міф і зручна для всіх містифікація.

Втім, теорія Великого Вибуху - далеко не єдине пояснення того, як з'явився Всесвіт, хоча і найбільш загальновизнана. Що ж стосується інших гіпотез, то їм або не вистачає початкових даних, або вони здаються зовсім уже фантастичними. Зрештою, і астрологія також представляє своє бачення космічної еволюції, - дивіться, наприклад, тут . Інша справа, що всі відомі теоретичні викладки дійсно слабо аргументовані і спираються на вже відомі космологічні моделі.

Як пише Абрахам Леб:

«Хоча багато спостережувані властивості структур в нашій всесвіту узгоджуються з сценарієм інфляції, існує так багато моделей інфляції, що її важко фальсифікувати. Інфляція також привела до поняття мультивселенной, в якому все, що може трапитися, буде відбуватися нескінченно багато разів, і таку теорію неможливо фальсифікувати допомогою експериментів, які є товарним знаком традиційної фізики. До теперішнього часу існують конкуруючі сценарії, які не пов'язані з інфляцією, де всесвіт спочатку стискається, а потім відскакує, зароджуючись з Великого вибуху. Ці сценарії можуть відповідати поточним спостережуваним інфляції ».

З метою їх вивчення Леб і його колеги розробили незалежний від моделі Великого Вибуху спосіб відрізняти інфляцію від альтернативних сценаріїв. По суті, вони виходять із припущення, що масивні поля в початковій Всесвіту відчувають квантові флуктуації і обурення щільності, які безпосередньо фіксують масштаб на ранніх стадіях як функцію часу, тобто вони будуть діяти як свого роду «стандартні годинник» відімогокосміческого речовини.

Вимірюючи сигнали, які, як вони прогнозують, будуть виходити з цих полів, виходить, що космологи зможуть визначити, чи відбулися якісь зміни щільності під час скорочується або розширюється фази ранньому Всесвіті. Такий підхід дозволяє виключити альтернативи космічної інфляції, в тому числі і теорію Великого Вибуху.

Як пояснив Леб:

«У більшості сценаріїв присутня масивне поле в ранній всесвіту. Обурення в масивному поле в певному просторовому масштабі осцилюють в часі подібно до кулі, який коливається вгору і вниз в потенційній ямі, де маса диктує частоту коливань. Але еволюція збурень також залежить від розглянутого просторового масштабу, а також від фонового масштабного коефіцієнта (який експоненціально зростає при пологових моделях інфляції, але зменшується в моделі контрактації) ».

Ці обурення, згідно Лебу, стали джерелом змін щільності спостерігається сьогодні астрономами Всесвіту. Як ці форми були сформовані, можна визначити, спостерігаючи за фонової всесвіту - зокрема, за розрізненням процесів розширення і стиснення.

«У моїй метафорі масштабний фактор всесвіту впливає на швидкість, з якою стрічка витягується, коли годинник залишають на ній позначки», - уточнює Леб. - Новий сигнал, який ми прогнозуємо, провляла в тому, як змінюється рівень нерівномірності в просторовому масштабі ».

Простіше кажучи кажучи, Леб і його колеги визначили потенційні сигнали, який можна було виміряти з використанням сучасних інструментів.

Також було висловлено припущення про те, що варіації щільності в первинної Всесвіту можна виявити, шукаючи докази негаусових, які є корекціями для оцінки гаусом функції для вимірювання фізичної величини - в даному випадку КМФ. Але, як уточнює сам Леб, їх ще не виявлено:

«Нові коливання знаходяться в спектрі потужності збурень густини (вимірюються за допомогою КМФ або досліджень галактик), тоді як в перевірках попередніх припущень були задіяні ефекти, пов'язані з негаусових (не виявлено). Результати, представлені в нашій роботі, дуже своєчасні, так як розширені масиви даних зібрані новими спостереженнями за анізотропії КMФ і дослідженнями галактик »

Розуміння того, як почалася наша Всесвіт, - це, мабуть, самий фундаментальне питання космології. Якщо застосувати цей метод, можна виключити альтернативні пояснення того, як зародилася матерія, і це наблизить нас на один крок до фізичного визначенням часу і простору. Ми ж насправді нічого не знаємо!