Πως θα μπορούσε να μοιάζει το αγέννητο Σύμπαν πριν την αρχή των πάντων;
Εικόνα: phyw.people.ust.hk
Αν και ο κοσμικός πληθωρισμός είναι γνωστός για την επίλυση ορισμένων σημαντικών μυστηρίων σχετικά με τη δομή και την εξέλιξη του σύμπαντος, άλλες πολύ διαφορετικές θεωρίες μπορούν επίσης να εξηγήσουν αυτά τα μυστήρια αυτά. Σε ορισμένες από αυτές τις θεωρίες, η κατάσταση του σύμπαντος που προηγήθηκε της Μεγάλης Έκρηξης - το αποκαλούμενο αρχέγονο σύμπαν - ήταν συστελλόμενη αντί για διαστελλόμενη, και έτσι η Μεγάλη Έκρηξη ήταν μέρος αυτό που αποκαλείται "Μεγάλη αναπήδηση" (Big Bounce).
Για να μπορέσουμε να αποφασίσουμε μεταξύ του πληθωρισμού και όλων αυτών των άλλων ιδεών, αναπόφευκτα προέκυψε το ζήτημα της "Διαψευσιμότητας" (falsifiability)- δηλαδή, αν μια θεωρία μπορεί να δοκιμαστεί για να φανεί ενδεχομένως ότι είναι ψευδής. Μερικοί ερευνητές, συμπεριλαμβανομένου του Avi Loeb του Κέντρου Αστροφυσικής στο Harvard & Smithsonian (CfA) στο Cambridge της Μασαχουσέτης εξέφρασε ανησυχίες σχετικά με τον πληθωρισμό, υποδηλώνοντας ότι η φαινομενικά ατελείωτη προσαρμοστικότητά του τον καθιστά αδύνατο να δοκιμαστεί σωστά.
"Η διαψευσιμότητα θα πρέπει να αποτελεί χαρακτηριστικό γνώρισμα οποιασδήποτε επιστημονικής θεωρίας. Η τρέχουσα κατάσταση για τον πληθωρισμό είναι ότι είναι μια τόσο ευέλικτη ιδέα, η οποία δεν μπορεί να πειραματιστεί ψευδώς ", δήλωσε ο Loeb. "Ανεξάρτητα από τη τιμή που οι άνθρωποι μετρούν για κάποιο παρατηρήσιμο χαρακτηριστικό, υπάρχουν πάντα ορισμένα μοντέλα πληθωρισμού τα οποία μπορούν να το εξηγήσουν".
Πρόσφατα, μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον Xingang Chen της CfA, μαζί με τον Loeb και τον Zhong-Zhi Xianyu του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, εφάρμοσαν μια ιδέα που ονομάζουν "Πρωταρχικό Πρότυπο Ρολόι" (primordial standard clock) στις μη πληθωριστικές θεωρίες, παρουσιάζοντας μια μέθοδο η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πειραματική ψευδότητα του πληθωρισμού. Η μελέτη θα δημοσιευτεί στον ισότοπο Physical Review Letters ως πρόταση του συντάκτη (Editors’ Suggestion).
Σε μια προσπάθεια να βρεθεί κάποιο χαρακτηριστικό που μπορεί να διαχωρίσει τον πληθωρισμό από άλλες θεωρίες, η ομάδα ξεκίνησε με τον προσδιορισμό της καθοριστικής ιδιότητας των διαφόρων θεωριών - την εξέλιξη του μεγέθους του αρχέγονου σύμπαντος.
"Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού, το μέγεθος του σύμπαντος αυξάνεται εκθετικά", δήλωσε ο Xianyu. "Σε μερικές εναλλακτικές θεωρίες, το σύμπαν συστέλλεται. Σε ορισμένες (θεωρίες) συμβαίνει πολύ αργά, ενώ σε άλλες πολύ γρήγορα.
"Τα χαρακτηριστικά που έχουν προτείνει μέχρι στιγμής οι άνθρωποι για τις μετρήσεις τους συνήθως έχουν πρόβλημα να διακρίνουν τις διαφορετικές θεωρίες επειδή δεν σχετίζονται άμεσα με την εξέλιξη του μεγέθους του αρχέγονου σύμπαντος", συνέχισε. "Έτσι, θέλαμε να βρούμε ποια είναι τα παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά που μπορούν να συνδεθούν άμεσα με εκείνη την καθοριστική ιδιότητα".
Τα σήματα που παράγονται από το Πρωταρχικό Πρότυπο Ρολόι μπορούν να εξυπηρετήσουν έναν τέτοιο σκοπό. Το ρολόι αυτό αντιπροσωπεύει οποιοδήποτε είδος βαρέος στοιχειώδους σωματιδίου στο πρωταρχικό σύμπαν. Τέτοια σωματίδια θα πρέπει να υπάρχουν σε οποιαδήποτε θεωρία, και οι θέσεις τους θα πρέπει να ταλαντεύονται με κάποια τακτική συχνότητα, όπως το εκκρεμές ενός ρολογιού.
Το αρχέγονο σύμπαν δεν ήταν εντελώς ομοιόμορφο. Υπήρχαν μικροσκοπικές ανωμαλίες στην πυκνότητα σε μικροσκοπικές κλίμακες οι οποίοι έγιναν οι "σπόροι" της μεγάλης κλίμακας δομής που παρατηρείται στο σημερινό σύμπαν. Αυτή είναι η πρωταρχική πηγή πληροφοριών που βασίζονται οι φυσικοί για να μάθουν τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Οι χτύποι του πρότυπου ρολογιού παρήγαγαν σήματα που είχαν αποτυπωθεί πάνω στη δομή αυτών των ανωμαλιών. Τα πρότυπα ρολόγια σε διαφορετικές θεωρίες του αρχέγονου σύμπαντος προβλέπουν διαφορετικά πρότυπα σημάτων, διότι οι εξελικτικές ιστορίες του σύμπαντος είναι διαφορετικές.
"Αν φανταστούμε όλες τις πληροφορίες που μάθαμε μέχρι στιγμής για το τι συνέβη πριν τη Μεγάλη Έκρηξη να βρίσκονται σε μια σειρά από πλαίσια (καρέ) ενός κινηματογραφικού φιλμ, τότε το πρότυπο ρολόι μας λέει πώς πρέπει να παιχτούν τα πλαίσια αυτά", εξήγησε ο Chen. "Χωρίς πληροφορίες από το ρολόι αυτό, δεν γνωρίζουμε αν η ταινία πρέπει να παίξει προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, γρήγορα ή αργά, ακριβώς όπως δεν είμαστε σίγουροι αν το αρχέγονο σύμπαν ήταν διαστελλόμενο "φουσκωμένο" αν θέλετε, ή συστελλόμενο, αν "ξεφούσκωνε" με απλά λόγια, και πόσο γρήγορα το έκανε αυτό. Εδώ βρίσκεται το πρόβλημα. Το πρότυπο ρολόι έβαλε χρονικές σφραγίδες σε κάθε ένα από αυτά τα πλαίσια όταν η ταινία γυρίστηκε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, και μας λέει πώς να παίξουμε την ταινία αυτή. "
Η ομάδα υπολόγισε πως αυτά τα σήματα από το πρότυπο ρολόι θα έπρεπε να μοιάζουν σε μη πληθωριστικές θεωρίες, και πρότεινε πώς θα πρέπει να αναζητηθούν σε αστροφυσικές παρατηρήσεις. "Αν βρεθεί ένα πρότυπο σημάτων που να αντιπροσωπεύει ένα συστελλόμενο σύμπαν, το πρότυπο αυτό θα παραποιήσει ολόκληρη τη πληθωριστική θεωρία", δήλωσε ο Xianyu.
Η επιτυχία της ιδέας αυτής έγκειται στον πειραματισμό. "Αυτά τα σήματα θα είναι πολύ ανεπαίσθητα για να ανιχνευθούν", δήλωσε ο Chen, "και έτσι ίσως χρειαστεί να ψάξουμε σε πολλά διαφορετικά μέρη. Η Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου είναι ένα τέτοιο μέρος, και η κατανομή των γαλαξιών είναι μια άλλη. Έχουμε ήδη αρχίσει να ψάχνουμε για αυτά τα σήματα και υπάρχουν ήδη μερικοί ενδιαφέροντες υποψήφιοι, αλλά χρειαζόμαστε περισσότερα δεδομένα. "
Πολλές μελλοντικές έρευνες γαλαξιών, όπως το αμερικανικό US-lead LSST, το Ευρωπαϊκό Euclid, και το πρόσφατα εγκριθέν έργο της NASA, SphereX, αναμένεται να παρέχουν υψηλής ποιότητας δεδομένα τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το στόχο αυτό.
Διαβάστε ακόμη:
. Πρωταρχικό πρότυπο ρολόι
Η μελέτη σε pdf : primordial standard clock
. Evolution History of the Primordial Universe
Από τον PETER REUELL, HARVARD-SMITHSONIAN CENTER FOR ASTROPHYSICS
Μια ομάδα επιστημόνων πρότεινε μια ισχυρή νέα δοκιμασία για τον Πληθωρισμό, τη θεωρία ότι το Σύμπαν επεκτάθηκε δραματικά σε μέγεθος σε ένα φευγαλέο κλάσμα ενός δευτερολέπτου λίγο πριν τη Μεγάλη Έκρηξη. Σκοπός τους είναι να δώσουν απάντηση σε μια μακρόχρονη ερώτηση: Πως θα μπορούσε να μοιάζει το (αγέννητο) Σύμπαν μας πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη;
Μια καλλιτεχνική απεικόνιση η οποία δείχνει τις δομές των σημάτων που παράγονται από πρωταρχικά πρότυπα ρολόγια σε διαφορετικές θεωρίες του αρχέγονου σύμπαντος. Πάνω: Μεγάλη αναπήδηση (Big Bounce). Κάτω: Πληθωρισμός (Inflation). Εικόνα: CfA / Zhong-Zhi Xianyu, Xingang Chen, Avi Loeb
Αν και ο κοσμικός πληθωρισμός είναι γνωστός για την επίλυση ορισμένων σημαντικών μυστηρίων σχετικά με τη δομή και την εξέλιξη του σύμπαντος, άλλες πολύ διαφορετικές θεωρίες μπορούν επίσης να εξηγήσουν αυτά τα μυστήρια αυτά. Σε ορισμένες από αυτές τις θεωρίες, η κατάσταση του σύμπαντος που προηγήθηκε της Μεγάλης Έκρηξης - το αποκαλούμενο αρχέγονο σύμπαν - ήταν συστελλόμενη αντί για διαστελλόμενη, και έτσι η Μεγάλη Έκρηξη ήταν μέρος αυτό που αποκαλείται "Μεγάλη αναπήδηση" (Big Bounce).
Για να μπορέσουμε να αποφασίσουμε μεταξύ του πληθωρισμού και όλων αυτών των άλλων ιδεών, αναπόφευκτα προέκυψε το ζήτημα της "Διαψευσιμότητας" (falsifiability)- δηλαδή, αν μια θεωρία μπορεί να δοκιμαστεί για να φανεί ενδεχομένως ότι είναι ψευδής. Μερικοί ερευνητές, συμπεριλαμβανομένου του Avi Loeb του Κέντρου Αστροφυσικής στο Harvard & Smithsonian (CfA) στο Cambridge της Μασαχουσέτης εξέφρασε ανησυχίες σχετικά με τον πληθωρισμό, υποδηλώνοντας ότι η φαινομενικά ατελείωτη προσαρμοστικότητά του τον καθιστά αδύνατο να δοκιμαστεί σωστά.
"Η διαψευσιμότητα θα πρέπει να αποτελεί χαρακτηριστικό γνώρισμα οποιασδήποτε επιστημονικής θεωρίας. Η τρέχουσα κατάσταση για τον πληθωρισμό είναι ότι είναι μια τόσο ευέλικτη ιδέα, η οποία δεν μπορεί να πειραματιστεί ψευδώς ", δήλωσε ο Loeb. "Ανεξάρτητα από τη τιμή που οι άνθρωποι μετρούν για κάποιο παρατηρήσιμο χαρακτηριστικό, υπάρχουν πάντα ορισμένα μοντέλα πληθωρισμού τα οποία μπορούν να το εξηγήσουν".
Πρόσφατα, μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον Xingang Chen της CfA, μαζί με τον Loeb και τον Zhong-Zhi Xianyu του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, εφάρμοσαν μια ιδέα που ονομάζουν "Πρωταρχικό Πρότυπο Ρολόι" (primordial standard clock) στις μη πληθωριστικές θεωρίες, παρουσιάζοντας μια μέθοδο η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πειραματική ψευδότητα του πληθωρισμού. Η μελέτη θα δημοσιευτεί στον ισότοπο Physical Review Letters ως πρόταση του συντάκτη (Editors’ Suggestion).
Σε μια προσπάθεια να βρεθεί κάποιο χαρακτηριστικό που μπορεί να διαχωρίσει τον πληθωρισμό από άλλες θεωρίες, η ομάδα ξεκίνησε με τον προσδιορισμό της καθοριστικής ιδιότητας των διαφόρων θεωριών - την εξέλιξη του μεγέθους του αρχέγονου σύμπαντος.
"Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού, το μέγεθος του σύμπαντος αυξάνεται εκθετικά", δήλωσε ο Xianyu. "Σε μερικές εναλλακτικές θεωρίες, το σύμπαν συστέλλεται. Σε ορισμένες (θεωρίες) συμβαίνει πολύ αργά, ενώ σε άλλες πολύ γρήγορα.
"Τα χαρακτηριστικά που έχουν προτείνει μέχρι στιγμής οι άνθρωποι για τις μετρήσεις τους συνήθως έχουν πρόβλημα να διακρίνουν τις διαφορετικές θεωρίες επειδή δεν σχετίζονται άμεσα με την εξέλιξη του μεγέθους του αρχέγονου σύμπαντος", συνέχισε. "Έτσι, θέλαμε να βρούμε ποια είναι τα παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά που μπορούν να συνδεθούν άμεσα με εκείνη την καθοριστική ιδιότητα".
Πηγή εικόνας: socratic.org/ - Απόδοση στα Ελληνικά Δημήτρης Γκίκας
Τα σήματα που παράγονται από το Πρωταρχικό Πρότυπο Ρολόι μπορούν να εξυπηρετήσουν έναν τέτοιο σκοπό. Το ρολόι αυτό αντιπροσωπεύει οποιοδήποτε είδος βαρέος στοιχειώδους σωματιδίου στο πρωταρχικό σύμπαν. Τέτοια σωματίδια θα πρέπει να υπάρχουν σε οποιαδήποτε θεωρία, και οι θέσεις τους θα πρέπει να ταλαντεύονται με κάποια τακτική συχνότητα, όπως το εκκρεμές ενός ρολογιού.
Το αρχέγονο σύμπαν δεν ήταν εντελώς ομοιόμορφο. Υπήρχαν μικροσκοπικές ανωμαλίες στην πυκνότητα σε μικροσκοπικές κλίμακες οι οποίοι έγιναν οι "σπόροι" της μεγάλης κλίμακας δομής που παρατηρείται στο σημερινό σύμπαν. Αυτή είναι η πρωταρχική πηγή πληροφοριών που βασίζονται οι φυσικοί για να μάθουν τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Οι χτύποι του πρότυπου ρολογιού παρήγαγαν σήματα που είχαν αποτυπωθεί πάνω στη δομή αυτών των ανωμαλιών. Τα πρότυπα ρολόγια σε διαφορετικές θεωρίες του αρχέγονου σύμπαντος προβλέπουν διαφορετικά πρότυπα σημάτων, διότι οι εξελικτικές ιστορίες του σύμπαντος είναι διαφορετικές.
"Αν φανταστούμε όλες τις πληροφορίες που μάθαμε μέχρι στιγμής για το τι συνέβη πριν τη Μεγάλη Έκρηξη να βρίσκονται σε μια σειρά από πλαίσια (καρέ) ενός κινηματογραφικού φιλμ, τότε το πρότυπο ρολόι μας λέει πώς πρέπει να παιχτούν τα πλαίσια αυτά", εξήγησε ο Chen. "Χωρίς πληροφορίες από το ρολόι αυτό, δεν γνωρίζουμε αν η ταινία πρέπει να παίξει προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, γρήγορα ή αργά, ακριβώς όπως δεν είμαστε σίγουροι αν το αρχέγονο σύμπαν ήταν διαστελλόμενο "φουσκωμένο" αν θέλετε, ή συστελλόμενο, αν "ξεφούσκωνε" με απλά λόγια, και πόσο γρήγορα το έκανε αυτό. Εδώ βρίσκεται το πρόβλημα. Το πρότυπο ρολόι έβαλε χρονικές σφραγίδες σε κάθε ένα από αυτά τα πλαίσια όταν η ταινία γυρίστηκε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, και μας λέει πώς να παίξουμε την ταινία αυτή. "
Η ομάδα υπολόγισε πως αυτά τα σήματα από το πρότυπο ρολόι θα έπρεπε να μοιάζουν σε μη πληθωριστικές θεωρίες, και πρότεινε πώς θα πρέπει να αναζητηθούν σε αστροφυσικές παρατηρήσεις. "Αν βρεθεί ένα πρότυπο σημάτων που να αντιπροσωπεύει ένα συστελλόμενο σύμπαν, το πρότυπο αυτό θα παραποιήσει ολόκληρη τη πληθωριστική θεωρία", δήλωσε ο Xianyu.
Η επιτυχία της ιδέας αυτής έγκειται στον πειραματισμό. "Αυτά τα σήματα θα είναι πολύ ανεπαίσθητα για να ανιχνευθούν", δήλωσε ο Chen, "και έτσι ίσως χρειαστεί να ψάξουμε σε πολλά διαφορετικά μέρη. Η Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου είναι ένα τέτοιο μέρος, και η κατανομή των γαλαξιών είναι μια άλλη. Έχουμε ήδη αρχίσει να ψάχνουμε για αυτά τα σήματα και υπάρχουν ήδη μερικοί ενδιαφέροντες υποψήφιοι, αλλά χρειαζόμαστε περισσότερα δεδομένα. "
Πολλές μελλοντικές έρευνες γαλαξιών, όπως το αμερικανικό US-lead LSST, το Ευρωπαϊκό Euclid, και το πρόσφατα εγκριθέν έργο της NASA, SphereX, αναμένεται να παρέχουν υψηλής ποιότητας δεδομένα τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το στόχο αυτό.
Papers:
- Unique Fingerprints of Alternatives to Inflation in the Primordial Power Spectrum
- Quantum Primordial Standard Clocks
Διαβάστε ακόμη:
. Πρωταρχικό πρότυπο ρολόι
Η μελέτη σε pdf : primordial standard clock
. Evolution History of the Primordial Universe
Από τον PETER REUELL, HARVARD-SMITHSONIAN CENTER FOR ASTROPHYSICS
……………….*………………..
Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο
Facebook:
Και στο blog: Αστρονομία και Επιστήμη
Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα
μπλε ή κόκκινα γράμματα)
Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
Για διορθώσεις
μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε
μας: gikasd63@hotmail.com η αφήστε μήνυμα inbox στη
Σελίδα:
Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας
εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα
αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την
σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη
διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com . Η δημοσίευση είναι εντελώς
δωρεάν.
Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η
ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του
αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του
άρθρου.
Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις
ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου.
Για την ομάδα : @Aratosastronomy