В течение следующего десятилетия космологи попытаются наблюдать первые моменты Вселенной, надеясь доказать популярную теорию. Они будут искать чрезвычайно слабые гравитационные волны для измерения изначального света, ища убедительные доказательства для теории космической инфляции, которая предполагает, что случайное, микроскопическое колебание плотности в ткани пространства и времени породило Вселенную в горячем большом взрыв около 13,7 миллиардов лет назад. Новый прибор, названный поляриметром, прикрепляется к телескопу Южного полюса (SPT), который работает на субмиллиметровых длинах волн, между микроволнами и инфракрасным излучением электромагнитного спектра. Теория общей теории относительности Эйнштейна предсказывает, что Космическая Инфляция должна производить слабые гравитационные волны.
Теория инфляции предлагает период чрезвычайно быстрого и экспоненциального расширения Вселенной в течение ее первых нескольких моментов, предшествовавших более постепенному расширению Большого взрыва, во время которого в плотности энергии Вселенной преобладала космологическая постоянная энергия вакуума, которая позже распался, чтобы произвести вещество и радиацию, которые заполняют Космический Журнал.
В 1979 году физик Алан Гут предложил Теорию космической инфляции, которая также предсказывает существование бесконечного числа вселенных. К сожалению, у космологов нет возможности проверить этот конкретный прогноз.
«Поскольку это отдельные вселенные, по определению это означает, что мы никогда не сможем с ними связаться. Ничто из того, что там происходит, не оказывает на нас никакого влияния », - сказал Скотт Додельсон, ученый из Национальной ускорительной лаборатории Ферми и профессор астрономии и астрофизики в Чикагском университете.
Но есть способ проверить истинность космической инфляции. Явление породило бы два класса возмущений. Во-первых, колебания плотности субатомных частиц происходят непрерывно по всей вселенной, и ученые уже наблюдали их.
«Обычно они происходят в атомном масштабе. Мы даже не замечаем их », - сказал Додельсон. Но инфляция мгновенно растянула бы эти возмущения в космические пропорции. «Эта картина действительно работает. Мы можем посчитать, как должны выглядеть эти возмущения, и оказывается, что они совершенно правы для создания галактик, которые мы видим во Вселенной ».
Вторым классом возмущений будут гравитационные волны - эйнштейновские искажения в пространстве и времени. Гравитационные волны также получили бы космические пропорции, возможно, даже достаточно сильные для того, чтобы космологи могли обнаружить их с помощью чувствительных телескопов, настроенных на соответствующую частоту электромагнитного излучения.
Если новый поляриметр достаточно чувствителен, ученые должны быть в состоянии обнаружить волны.
«Если вы обнаружите гравитационные волны, это многое скажет вам об инфляции для нашей вселенной», - сказал Джон Карлстрем из Чикагского университета, который разработал новый инструмент. Карлстром сказал, что обнаружение волн исключит различные конкурирующие идеи о происхождении вселенной. «Их меньше, чем было раньше, но они не предсказывают, что вы начнете с такого экстремального, горячего большого взрыва, этого квантового колебания», - сказал он. Они также не будут производить гравитационные волны на обнаруживаемых уровнях.
Моделирование в этой линии изображает искажения в пространстве и времени в субатомном масштабе, результат квантовых флуктуаций, происходящих непрерывно по всей вселенной. Ближе к концу симуляции космическая инфляция начинает растягивать пространство-время до космических пропорций вселенной.
Космологи также используют SPT в своем стремлении разгадать тайну темной энергии. Отталкивающая сила, темная энергия раздвигает вселенную и подавляет гравитацию, силу притяжения всей материи.
Темная энергия невидима, но астрономы могут видеть ее влияние на скопления галактик, которые сформировались в течение последних нескольких миллиардов лет.
SPT обнаруживает космическое микроволновое фоновое (CMB) излучение, послесвечение большого взрыва. Космологи добывают огромное количество данных из CMB, которые представляют собой мощные барабаны и рога космической симфонии. Но теперь у научного сообщества есть свои уши для тонких инструментов - гравитационных волн - которые лежат в основе CMB.
«У нас есть эти ключевые компоненты для нашей картины вселенной, но мы действительно не знаем, что физика производит с любым из них», - сказал Додельсон об инфляции, темной энергии и столь же таинственной темной материи. «Цель следующего десятилетия - определить физику».
Источник: Чикагский университет
