1753664617
2025-07-28 00:07:00
В первые минуты после рождения вселенной все изменилось. Это быстрое расширение, известное как космическая инфляция, было теоретизировано для решения проблем в модели Большого взрыва. Это объясняет, почему вселенная выглядит такой равномерной и почему галактики распространяются так, как они есть. Но, несмотря на свою популярность, инфляция имеет своих критиков. Некоторые полагают, что это слишком гибко, чтобы когда -либо проверять протяженным, научным способом.
Теперь двое астрофизиков утверждают, что космическая инфляция, на самом деле, может быть исключена – если бы когда -либо был найден один конкретный сигнал. Этот сигнал, называемый космическим гравитоном (CGB), может удерживать ключ к тому, что действительно произошло в первом триллионе триллионного секунды.
Окно в начале времени
Космическая инфляция является популярным сценарием для самой ранней фазы в эволюции вселенной. (Кредит: А. Иджас, PJ Steinhardt и A. Loeb (Scientific American, февраль 2017 г.))
«Инфляция была теоретизирована, чтобы объяснить различные проблемы с тонкой настройкой так называемой модели горячего большого взрыва»,-сказал Вагноцци. «Это также объясняет происхождение структуры в нашей вселенной в результате квантовых колебаний».
Но он также указывает на проблему: инфляция имеет так много возможных версий, что ее становится трудно проверить. Если одна модель не удается, другая может занять свое место. Это сложно сказать, действительно ли сама инфляция действительно научной – или достаточно гибкой, чтобы всегда соответствовать данным.
Лоэб добавил: «Когда были объявлены результаты спутника Планка, они считались подтверждением космической инфляции. Однако некоторые из нас утверждали, что результаты могут показать прямо противоположные».
Этот выпуск 2013 года со спутника Planck нанести на карту космический микроволновый фон (CMB), который является самым старым светом во вселенной. Эти карты показывают, как вселенная выглядела почти 14 миллиардов лет назад, за 100 миллионов лет до того, как звезды даже сформировались. CMB часто называют «детской картиной» вселенной.
Связанные истории
Почему космический фон гравитона имеет значение
В то время вселенная была невообразимо горячей – около 10stress Degrees. После того, как гравитоны отделялись и начали свободно двигаться, они оставили бы «реликвию», называемое космическим гравитоном. Согласно Vagnozzi и Loeb, этот CGB все еще должен существовать сегодня, как слабый тепловой сияние при температуре примерно 0,9 кельвина – разделившего, чем CMB, но все еще измеримый.
Если CGB реален, и мы сможем его обнаружить, это будет непосредственно бросить вызов инфляции. Теория гласит, что огромное расширение во время инфляции было бы настолько разбавлено любого раннего гравитона, что теперь оно будет неверно.
Штамм стохастического фона CGB высокочастотных GW, наряду с чувствительностью различных концепций детектора. (Кредит: Астрофизические письма журнала)
«Правильное понимание того, что пришло раньше [the Planck time] требует прогнозной теории квантовой гравитации, которой мы не обладаем », – объяснил Лоэб.
Таким образом, если CGB будет найден, он не только угрожает инфляции, но и может также открыть дверь для тестирования теорий квантовой гравитации, мечты о физиках на протяжении десятилетий.
Поиск того, чего не должно существовать
Обнаружение CGB не будет легко. Сигнал, который он оставит, включает в себя высокочастотные гравитационные волны, достигшие пика около 100 ГГц. Текущие гравитационные волновые детекторы, такие как Лиго и Дева, даже не близки к этому диапазону. Создание инструментов для обнаружения таких волн потребуется серьезные прорывы в сверхпроводящих магнитах и технологии Gyrotron.
Тем не менее, Vagnozzi и Loeb надеются. Они утверждают, что космологические зонды следующего поколения могут обнаружить косвенные признаки CGB, измеряя изменения в расширении вселенной. Это связано с тем, что CGB добавляет к общей энергии радиации в ранних космосах – подобно свету и нейтрино.
Панорамный вид на все ближний инфракрасный небо показывает распределение галактик за Млечным путем. Изображение получено из каталога расширенного источника 2MASS (XSC)-более 1,5 миллионов галактик, и каталога точечного источника (PSC)-почти 0,5 миллиарда звезд Млечного Пути. (Кредит: 2mass_lss_chart-new_nasa.jpg: ipac/caltech, Томас Джарретт)
Исследователи предупреждают, что только прямое обнаружение высокочастотных гравитационных волн будет курительным пистолетом. Но косвенные доказательства могут указывать на путь.
Новый тест для самых старых идей
Идея инфляции давно обладала сильной репутацией в космологии. Он был введен для исправления нескольких пробелов в модели Большого взрыва, например, почему вселенная такая плоская и гладкая. И многие прогнозы простых моделей инфляции соответствуют тому, что мы видим в CMB и крупномасштабной структуре галактик.
Но не все аккуратно выстраивается. Критики отметили, что гибкость инфляции означает, что ее можно сформировать, чтобы соответствовать практически любому набору наблюдений. Это привело к вопросам о том, может ли это когда -либо быть действительно фальсифицированным.
Девятилетнее микроволновое небо. Подробная картина вселенной для младенцев, созданную из девятилетней данных WMAP. Изображение раскрывает 13,77 миллиарда лет температурные колебания (показанные в виде цветовых различий), которые соответствуют семенам, которые стали галактиками. (Кредит: НАСА / WMAP Science Team WMAP # 121238 Подпись изображения.
Вот почему поиск CGB такой захватывающий. Он предлагает четкий тест «да или нет». Если CGB найден, инфляция не может быть правильной – или, по крайней мере, не так, как она в настоящее время понята.
Физика, лежащая в основе этого, связана с тем, как инфляция будет растянуть вселенную. Если это произошло, то фактор масштаба – «правитель», который измеряет размер вселенной – вырастет в геометрической прогрессии. Это охлаждает и разбавит CGB настолько, что никаких трассов не останется.
Математика показывает, что после 60 или более «электронных сборов» расширения во время инфляции температура CGB будет подавлена фактором E⁻⁶⁰, что делает ее практически не обнаруживаемой. И большинство моделей инфляции предсказывают еще больше электронных сборов, подтягивая сжатие.
Некоторые ученые предложили неполные сценарии инфляции с меньшим количеством электронных сборов, но те, кто сталкивается с другими проблемами. Например, они изо всех сил пытаются сопоставить точные измерения пространственной кривизны.
Еще один побег люка-понижая вселенную до сверхвысокой температуры после инфляции-также сталкивается с неприятностями. Большинство теорий не позволяют разогреть, чтобы превышать шкалу Планка, и наблюдения показывают, что этого не произошло.
Все это возвращается к четкому выводу: если CGB существует и обнаруживается, то инфляция в ее нынешней форме не произошла.
Космический фон реликтных гравитонов иллюстрируется, предполагая, что абсолютная нормализация отсутствует. Баротропный индекс постфляционной эпохи составляет wt = 0,6. (Кредит: исследовательские ворота)
Что будет дальше?
Обнаружение CGB не только исключает инфляцию – это было бы одно из самых важных открытий в физике. Это позволило бы ученым изучать вселенную, поскольку она была менее чем на триллионскую триллионскую ставку второго.
Это также дало бы новые инструменты для проверки идей о квантовой гравитации и, возможно, даже показать, началась ли вселенная с удара – или с отскоком, как предложили Лоэб и другие.
Задача огромна, но потенциальная выплата космична.
#Ученые #из #Гарварда #Кембриджа #опровергают #теорию #инфляции #Большого #взрыва
По теме
