Amerykańscy naukowcy, korzystając z narzędzi matematycznych, opisali niejednorodności kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, które powstało bezpośrednio po powstaniu Wszechświata. Autorzy uważają, że ich wyniki potwierdzają poprawność hipotezy Wielkiego Odbicia, zgodnie z którą powstanie naszego wszechświata było wynikiem rozpadu jakiegoś „poprzedniego” wszechświata. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters.
Chociaż ogólna teoria względności Einsteina wyjaśnia szeroki wachlarz zjawisk astrofizycznych i kosmologicznych, niektóre właściwości wszechświata pozostają tajemnicą. W szczególności nie może wyjaśnić nierównomiernego rozmieszczenia galaktyk i ciemnej materii w kosmosie.
Od lat osiemdziesiątych naukowcy z Penn State University opracowują paradygmat kosmologiczny oparty na koncepcji pętlowej grawitacji kwantowej. Ten paradygmat, zwany kosmologią kwantową pętlową, opisuje wszystkie współczesne duże struktury we Wszechświecie jako kwantowe fluktuacje czasoprzestrzeni, które miały miejsce w momencie narodzin świata.
Zgodnie z ogólnie przyjętą teorią Wielkiego Wybuchu wszystko zaczęło się od osobliwości - stanu, w którym cała materia i energia zostały skompresowane w jednym punkcie. Następnie, w pierwszym ułamku sekundy, w okresie zwanym inflacją, kosmos rozrósł się do ogromnych rozmiarów. Ale teoria Wielkiego Wybuchu nie wyjaśnia, co wydarzyło się przed osobliwością, więc tego stanu nie można opisać w kategoriach praw fizyki i matematyki.
Naukowcy z Pennsylvania State University mają alternatywną hipotezę Big Bounce, zgodnie z którą obecnie rozszerzający się Wszechświat powstał z superkompresowanej masy wszechświata z poprzedniej fazy. Aby opisać ten stan, używają uniwersalnego aparatu matematycznego, który łączy w sobie mechanikę kwantową i teorię względności.
Autorzy prześledzili pochodzenie budowy Wszechświata do najmniejszych niejednorodności zarejestrowanych na tle mikrofalowego reliktowego promieniowania kosmicznego, które wyemitowało, gdy Wszechświat miał zaledwie 380 tys. Lat.
Ale samo to promieniowanie ma trzy tajemnicze anomalie, które trudno wyjaśnić za pomocą klasycznej fizyki. Te odchylenia są tak poważne, że wielu fizyków zaczęło mówić o kryzysie w kosmologii.
W nowym badaniu naukowcy argumentują, że z perspektywy kosmologii kwantowej pętli opisanie inflacji eliminuje dwie główne anomalie w rozkładzie KMPT.
Film promocyjny:
„Korzystając z kosmologii pętli kwantowej, naturalnie rozwiązaliśmy dwie z tych anomalii, unikając potencjalnego kryzysu” - powiedział współautor Donghui Jeong, profesor nadzwyczajny na Wydziale Astronomii i Astrofizyki, w komunikacie prasowym uniwersytetu. „Obecność tych anomalii sugeruje, że żyjemy w wyjątkowym wszechświecie”.
Autorzy uważają, że niejednorodności KMPT są wynikiem nieuniknionych fluktuacji kwantowych we wczesnym Wszechświecie. Podczas przyspieszonej fazy ekspansji - inflacji - te początkowo drobne fluktuacje zostały rozciągnięte przez grawitację, co znalazło odzwierciedlenie w obserwowanych nieprawidłowościach.
„Standardowy paradygmat inflacyjny oparty na ogólnej teorii względności traktuje czasoprzestrzeń jako płynne kontinuum” - powiedział pierwszy autor artykułu, profesor Abhay Ashtekar, dyrektor Pennsylvania Institute of Gravity and Space. - Tkanina koszulki również wygląda jak dwuwymiarowa powierzchnia, ale po bliższym przyjrzeniu się widać, że jest utkana z gęsto upakowanych jednowymiarowych nici. W ten sam sposób nici kwantowe są wplecione w strukturę czasoprzestrzeni. Biorąc pod uwagę te wątki, kosmologia kwantowa pętli pozwala nam wyjść poza kontinuum opisane przez ogólną teorię względności”.
Naukowcy mają nadzieję, że nowe misje satelitarne, takie jak LiteBIRD i Cosmic Origins Explorer, mające na celu wykrycie śladów pierwotnych fal grawitacyjnych na tle KMPT, potwierdzą ich odkrycia.