Zagadka powstania wszechświata. Wielkie Odbicie lepiej wyjaśnia pewne anomalie niż Wielki Wybuch?

| Astronomia/fizyka
APC

Teoria pętlowej grawitacji kwantowej (LQG) pozwala wyjaśnić pewne anomalie mikrofalowego promieniowania tła, z którymi nie poradziły sobie dotychczas inne teorie, twierdzi zespół naukowy pracujący pod kierunkiem Abhaya Ashtekara z Pennsylvania State University. Wyniki badań zostały opisane na łamach Physical Review Letters.

Teoria grawitacji kwantowej opisuje historię wszechświata w kategorii „Wielkiego Odbicia”.  Bardziej znana teoria Wielkiego Wybuchu mówi, że wszechświat powstał z osobliwości, niezwykle małego punktu, z którego się rozszerzył. W teorii kwantowej grawitacji mamy zaś do czynienia ze stałą Plancka, najmniejszym możliwym rozmiarem. Zgodnie z nią wszechświat po okresie rozszerzania zacznie się kurczyć, a gdy osiągnie wielkość stałej Plancka, nastąpi odbicie i znowu zacznie się rozszerzać. Zatem wszechświat jest zjawiskiem cyklicznym. W teorii tej Wielki Wybuch jest albo pierwszym, albo kolejnym z serii Wielkich Odbić.

Autorzy najnowszych badań skupili się na dwóch anomaliach mikrofalowego tła (CMB), zwanym też promieniowaniem reliktowym. To obecne w całym wszechświecie promieniowanie jest pozostałością po wczesnym etapie formowania się wszechświata.

Jedna z tych anomalii ma związek z rozkładem energii CMB, w którym widoczne są niewielkie różnice temperatury. Druga anomalia ma związek z amplitudą soczewkowania CMB, czyli jego zagięcia podczas podróży w przestrzeni. Soczewkowanie to jest wynikiem rozkładu i gęstości materii, co z kolei jest związane z kwantowym fluktuacjami, do których dochodziło jeszcze przed rozszerzaniem się wszechświata.

Jeśli teoria pętlowej grawitacji kwantowej jest prawdziwa, to Wielkie Odbicie powinno wpłynąć na CMB. Teoria ta stwierdza, że w momencie Wielkiego Odbicia zagięcie czasoprzestrzeni było większe niż kiedykolwiek później. Pętlowa grawitacja kwantowa przewiduje konkretną wartość zagięcia czasoprzestrzeni w momencie odbicia. Wartość ta jest podstawowym elementem tego, co obecnie obserwujemy. Innymi słowy, jeśli przewidywanie te są prawdziwe, to i obecnie powinniśmy obserwować pewne konkretne modyfikacje rozszerzającego się wszechświata, mówi Ashtekar.

Olbrzymie zakrzywienie czasoprzestrzeni, jakie miało miejsce w momencie Wielkiego Odbicia, pozostawiło trwały ślad w mikrofalowym promieniowaniu tła. Długość fali fluktuacji  wywołanych tym zjawiskiem jest większa niż część wszechświata, jaką obserwujemy, więc nie jesteśmy w stanie wykryć jej bezpośrednio. Jednak jest ona skorelowana z falami o mniejszych długościach, które objawiają się w anomaliach CMB, których teoria Wielkiego Wybuchu nie potrafi wyjaśnić.

Istnieje sześć podstawowych parametrów, które decydują o tym, co widzimy przyglądając się mikrofalowemu promieniowaniu tła. Dwa to pierwotne parametry związane z końcem okresu inflacji, a ich wartości wpływają na zakres mocy CMB. Dwa kolejne pochodzą z czasu pomiędzy końcem inflacji, gdy wszechświat liczył sobie 10-32 sekundy, a momentem, gdy około 379 000 lat później pojawiło się CMB. Dwa ostatnie parametry opisują to, co wydarzyło się pomiędzy pierwszą emisją CMB a dniem dzisiejszym.

Chociaż teoria Wielkiego Wybuchu jest w stanie określić wartości tych parametrów, to LQC wprowadza do nich modyfikacje, które wyjaśniają obserwowane anomalie.

W mikrofalowym promieniowaniu tła istnieje też trzecia anomalia, hemisferyczna. Otóż obie hemisfery CMB mają różną średnią energię. Tę anomalię wyjaśnił już Ivan Agullo z Louisiana State University, który również wykorzystał przy tym teorię pętlowej grawitacji kwantowej.

Sam Agullo zapoznał się z pracą grupy Ashtekara i określił ją jako fantastyczną. Dowodzi ona, że fizyczne procesy, które miały miejsce w odległej przeszłości, przed epoką inflacji, mogą pozostawić ślady na współczesnym niebie, stwierdził.

Ostatnią, wciąż niewyjaśnioną anomalią, jest różnica w pomiarach stałej Hubble'a. O problemie tym informowaliśmy już wcześniej. Ashtekar wskazuje jednak na pracę Alejandro Pereza z Aix-Marseille Universite, która jego zdaniem stanowi pierwszy krok ku wyjaśnieniu tej anomalii na gruncie LQC.

Autor:

Źródło: PhysicsWorld

Wielkie Odbicie Wielki Wybuch ewolucja wszechświata mikrofalowe promieniowanie tła pętlowa grawitacja kwantowa