Πριν από περίπου 13, 8 δισεκατομμύρια χρόνια, λίγο πριν το Big Bang, το τεράστιο σύμπαν γεμάτο γαλαξίες που γνωρίζουμε σήμερα ήταν μέσα σε ένα μικροσκοπικό, πυκνό, εξαιρετικά καυτό σημείο. Ξαφνικά, άρχισε να εξελίσσεται ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός σε μια κατακλυσμιαία έκρηξη. Το σύμπαν αυξήθηκε από ένα υποατομικό μέγεθος σε αυτό μιας μπάλας του γκολφ σε ένα ακατανόητα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου.
σχετικό περιεχόμενο
- Ακούγοντας το Big Bang
- Πώς δύο περιστέρια βοήθησαν τους επιστήμονες να επιβεβαιώσουν τη θεωρία του Big Bang
- Τι Αστρονόμοι Ανακαλύπτουν ακόμα σχετικά με τη Θεωρία του Big Bang
Αυτή η πρώιμη στιγμή επέκτασης, γνωστή ως κοσμικός πληθωρισμός, εξηγεί γιατί το σύμπαν είναι σχετικά ομοιόμορφο (οι γαλαξίες που σχηματίστηκαν ως το ψυχθέν σύμπαν, για παράδειγμα, φαίνεται να είναι διάσπαρτοι ομοιόμορφα όσο το τηλεσκόπιο μπορεί να δει) και επίσης εξηγεί τους σπόρους της πυκνότητας που δημιούργησε τη δομή του σύμπαντος.
Είναι μια ωραία ιστορία, αλλά εδώ και δεκαετίες μετά την προτεινόμενη από τους φυσικούς, τα αποδεικτικά στοιχεία μας για αυτό ήταν περιορισμένα. Κύριο μέσο μελέτης του Μεγάλου Τραγουδιού - η εξασθενημένη ακτινοβολία που απομένει από την έκρηξη που ονομάζεται κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB) - χρονολογεί περίπου 380.000 χρόνια μετά, αντί της ίδιας της στιγμής.
Ένα σημαντικό νέο στοιχείο προέκυψε σήμερα το πρωί, όταν μια ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής τον αστρονόμο John Kovac του Κέντρου Αστροφυσικής του Χάρβαρντ Σμινσόνιαν, ανακοίνωσε ότι έχουν βρει έμμεσες ενδείξεις βαρυτικών κυμάτων - μικρές στρεβλώσεις στο βαρυτικό πεδίο του σύμπαντος - που ήταν που απελευθερώθηκε κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού, ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου μετά το Big Bang. Εάν το εύρημα είναι σωστό, τα κύματα χρησιμεύουν ως επιβεβαίωση του πληθωρισμού.
«Ο πληθωρισμός είναι το« κτύπημα »της Μεγάλης Έκρηξης», λέει ο θεωρητικός φυσικός Alan Guth, ο οποίος πρότεινε τη θεωρία του κοσμικού πληθωρισμού το 1979. «Είναι ο μηχανισμός που προκάλεσε το σύμπαν να εισέλθει σε αυτήν την περίοδο γιγαντιαίας επέκτασης».
Πολλοί φυσικοί που δεν συμμετείχαν στην έρευνα είχαν την ευκαιρία να αξιολογήσουν τα ανεπεξέργαστα δεδομένα και συμφωνούν με την ανάλυση. "Είναι πολύ πιθανό ότι αυτό είναι πραγματικό", λέει ο Avi Loeb, θεωρητικός φυσικός στο Κέντρο Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν, σημειώνοντας ότι οι ερευνητές πέρασαν τρία χρόνια αναλύοντας τα δεδομένα για να εξαλείψουν κάθε πιθανότητα σφάλματος.
Ο Robert W. Wilson, ο οποίος μοιράστηκε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1978 για την ανακάλυψη του κοσμικού μικροκυματικού υπόβαθρου, συμφωνεί και πιστεύει ότι εάν επιβεβαιωθεί, το έργο είναι σχεδόν βέβαιο ότι θα συγκεντρώσει ένα βραβείο Νόμπελ. Ο Loeb λέει ότι το εύρημα θα είναι ένα από τα σημαντικότερα ευρήματα φυσικής των τελευταίων 15 ετών - μεγαλύτερο από την ανακάλυψη του Higgs Boson.
Κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού, που εμφανίζεται πολύ αριστερά, το σύμπαν επεκτάθηκε με πολλές τάξεις μεγέθους σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. (Εικόνα μέσω της NASA) Η παρουσία ανιχνεύσιμων βαρυτικών κυμάτων - που συχνά αναφέρονται ως "κυματισμοί στον ιστό του χωροχρόνου" - προβλέπεται από τη θεωρία του πληθωρισμού. Οι προϋπάρχουσες διακυμάνσεις στη δύναμη της βαρύτητας σε μια μικροσκοπική κλίμακα, λέει ο Guth, θα είχαν απλωθεί από τον πληθωρισμό, παράγοντας μακροσκοπικά κύματα.
Η ακριβής φύση των κυμάτων εξαρτάται από την ακριβή στιγμή του πληθωρισμού. "Αυτή η ανίχνευση δεν δείχνει μόνο ότι ο πληθωρισμός έλαβε χώρα", λέει ο Loeb, "αλλά και μας είπε πότε έλαβε χώρα": 10-34 (ένα δεκαδικό, ακολουθούμενο από 33 μηδενικά και στη συνέχεια ένα) δευτερόλεπτα μετά την έναρξη του Big Κτύπος.
Η ερευνητική ομάδα, στην οποία συμμετείχαν και ο Clement Pryke του Πανεπιστημίου της Μινεσότα, ο Jamie Bock από την Caltech και ο Chao-Lin Kuo του Στάνφορντ, δεν βρήκαν τα ίδια τα βαρυτικά κύματα, αλλά μάλλον έμμεσες ενδείξεις τους, με τη μορφή ενός ειδικού σχεδίου πόλωση που προκαλείται από τα κύματα στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο. "Η ομάδα μας κυνηγούσε για ένα ειδικό είδος πόλωσης που ονομάζεται Β-τρόποι, το οποίο αντιπροσωπεύει ένα στρίψιμο ή κυρτή μοτίβο στους πολωμένους προσανατολισμούς του αρχαίου φωτός", δήλωσε ο Bock σε δελτίο Τύπου.
Οι ερευνητές συνέλεξαν αυτά τα δεδομένα χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο BICEP2, που βρίσκεται στην Ανταρκτική, όπου ο ψυχρός ξηρός αέρας περιορίζει την παρεμβολή από την ατμόσφαιρα της Γης στο ελαφρύ σήμα κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου. Το BICEP2 είναι ένα σύνολο από πανομοιότυπα τηλεσκόπια που αναζητούν αυτήν την υπογραφή, που ονομάζεται Keck Array. Υπάρχει επίσης και το παρακείμενο τηλεσκόπιο του Νότιο Πόλο, το οποίο ανέφερε δεδομένα που έδειξαν την παρουσία πόλωσης B-mode στη CMB το περασμένο καλοκαίρι. Όμως, το όργανο αυτό δεν σχεδιάστηκε για να ανιχνεύσει την πόλωση στην κλίμακα που παράγεται από τα κύματα βαρύτητας, οπότε πιθανόν να προέκυπτε από την παρεμβολή μακριών γαλαξιών που πέρασε ο CMB προτού φτάσει στη Γη.
Το τηλεσκόπιο BICEP-2 (το λευκό πιάτο στα δεξιά), μαζί με το Τηλεσκόπιο του Νότιο Πόλο (στα αριστερά). (Εικόνα μέσω του έργου BICEP-2) Δεν είναι ακόμα απολύτως σαφές ότι η ομάδα BICEP2 έχει ανιχνεύσει πόλωση B-mode που είναι στην πραγματικότητα οριστική απόδειξη των βαρυτικών κυμάτων. Περαιτέρω επιβεβαίωση θα πρέπει να προέρχεται από στοιχεία που συλλέχθηκαν από τον Planck Satellite της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (η οποία παρατηρεί το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο σε πολύ ευρύτερη γωνία), που θα κυκλοφορήσει στο τέλος του καλοκαιριού.
Εάν είναι αλήθεια, όμως, το εύρημα θα προχωρήσει πολύ προς την επικύρωση της θεωρίας του πληθωρισμού. "Η παρουσία αυτής της πόλωσης, που προκαλείται από τα κύματα βαρύτητας, είναι το τελευταίο μεγάλο πράγμα που προβλέπεται από τον πληθωρισμό", λέει ο Wilson. "Σας δίνει όλο και περισσότερη εμπιστοσύνη ότι αυτό είναι πραγματικά το σωστό σενάριο."
Θα αντανακλούσε επίσης κάτι πραγματικά εκπληκτικό: τα παλαιότερα στοιχεία που έχουμε απολύτως τίποτα.
"Δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων για να καταλάβετε τι συνέβη στο πρώιμο, πρώιμο σύμπαν", λέει ο Loeb. Για τα πρώτα 380.000 χρόνια, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που αποτελούν το CMB δεν μπορούσαν να περάσουν ελεύθερα μέσα από το διάστημα. "Αν μπορούμε να δούμε τα κύματα της βαρύτητας, μπορούμε να πάμε σε όλη τη διαδρομή σχεδόν μέχρι την αρχή".
