Кредит изображения: Хаббл
Ученые, изучающие Большой взрыв, говорят, что возможно, что однажды теория струн может быть проверена экспериментально с помощью измерений послесвечения Большого взрыва.
Ричард Истер, доцент кафедры физики Йельского университета, обсудит эту возможность на встрече в Стэнфордском университете в среду, 12 мая, под названием «За пределами Эйнштейна: от Большого взрыва до черных дыр». Коллегами Истера являются Брайан Грин из Колумбийского университета, Уильям Кинни из университета в Буффало, SUNY, Хиранья Пейрис из Принстонского университета и Гэри Шиу из Висконсинского университета.
Теория струн пытается объединить физику большого (гравитация) и малого (атом). Теперь они описываются двумя теориями, общей теорией относительности и квантовой теорией, которые, вероятно, будут неполными.
Критики презирают теорию струн как «философию», которую невозможно проверить. Однако результаты Истера и его коллег позволяют предположить, что данные наблюдений, подтверждающие теорию струн, можно найти в тщательных измерениях космического микроволнового фона (CMB), первого источника света, появившегося после Большого взрыва.
«В Большом взрыве, самом мощном событии в истории Вселенной, мы видим энергии, необходимые для раскрытия тонких признаков теории струн», - сказал Истер.
Теория струн проявляется только на предельно малых расстояниях и при высоких энергиях. Масштаб Планка составляет 10-35 метров, теоретическое кратчайшее расстояние, которое можно определить. Для сравнения, крошечный атом водорода шириной 10-10 метров в десять триллионов триллионов раз в ширину. Точно так же, самые большие ускорители частиц генерируют энергии 1015 электрон-вольт при столкновении субатомных частиц. Этот энергетический уровень может раскрыть физику квантовой теории, но он все еще примерно в триллион раз ниже энергии, необходимой для проверки теории струн.
Ученые говорят, что фундаментальные силы Вселенной - гравитация (определяемая общей теорией относительности), электромагнетизм, «слабые» радиоактивные силы и «сильные» ядерные силы (все определяются квантовой теорией) - были объединены в высокоэнергетической вспышке Большой Взрыв, когда вся материя и энергия были заключены в субатомном масштабе. Хотя Большой Взрыв произошел почти 14 миллиардов лет назад, его послесвечение, CMB, все еще покрывает всю вселенную и содержит окаменелую запись первых моментов времени.
Микроволновый зонд анизотропии Уилкинсона (WMAP) изучает CMB и обнаруживает тонкие перепады температур, в пределах этого в значительной степени однородного излучения, которое светится только на 2,73 градуса Цельсия выше абсолютного нуля. Однородность является свидетельством «инфляции», периода, когда расширение Вселенной быстро ускорялось, примерно через 10-33 секунды после Большого взрыва. Во время инфляции Вселенная выросла от атомного масштаба до космического масштаба, увеличив его размер в сто триллионов триллионов раз. Энергетическое поле, которое стимулировало инфляцию, как и все квантовые поля, содержало флуктуации. Эти колебания, запертые в космическом микроволновом фоне, подобно волнам на замерзшем пруду, могут содержать доказательства теории струн.
Истер и его коллеги сравнивают быстрое космическое расширение, которое произошло сразу после Большого взрыва, с увеличением фотографии, чтобы показать отдельные пиксели. В то время как физика в масштабе Планка составляла «рябь» шириной 10–35 метров, благодаря расширению Вселенной флуктуация теперь может охватывать многие световые годы.
Истер подчеркнул, что это длинный путь, что теория струн может оставить ощутимое влияние на микроволновый фон, слегка изменяя структуру горячих и холодных пятен. Тем не менее, теория струн настолько трудно проверить экспериментально, что стоит попробовать любой шанс. Преемники WMAP, такие как CMBPol и европейская миссия Planck, будут измерять CMB с беспрецедентной точностью.
Изменения в CMB, возникающие из теории струн, могут отклоняться от стандартного прогноза для разности температур космического микроволнового фона на целых 1%. Однако обнаружение небольшого отклонения от доминирующей теории не лишено прецедента. Например, измеренная орбита Меркурия отличалась от того, что было предсказано законом гравитации Исаака Ньютона, примерно на семьдесят миль в год. Общая теория относительности, закон тяготения Альберта Эйнштейна, может объяснить несоответствие, вызванное тонкой деформацией в пространстве-времени от гравитации Солнца, ускоряющей орбиту Меркурия.
Обратитесь к http://www-conf.slac.stanford.edu/einstein/ для получения дополнительной информации о встрече «За пределами Эйнштейна».
Источник: пресс-релиз Йельского университета
