Pixabay Licence. Volné pro komerční použití

Dá se inflační kosmologie falzifikovat? Odpovědí může být kosmické gravitonové pozadí

Inflace představuje koncept, který je dnes součástí kosmologického mainstreamu. V zásadě praví, že homogenita pozorovaného vesmíru (vesmír je ve velkých měřítkách přibližně homogenní, izotropní a plochý) je důsledkem toho, že vznikl z původně malé provázané oblasti. Ta se krátce po velkém třesku rozpínala exponenciální rychlostí a vytvořila vše, co dnes můžeme pozorovat.
Inflační scénáře existují v mnoha verzích, které lze poměřovat proti sobě. Až dosud ale nebylo jasné, jak a zda vůbec lze inflaci falzifikovat (a z druhé strany cca potvrdit tím, že se ani opakovaně falzifikovat nepodaří) jako obecný abstraktní koncept.

Astrofyzikové z University of Cambridge, University of Trento a Harvard University nyní v Astrophysical Journal Letters uvádějí, že řešením by mohl být speciální signál, tzv. kosmické gravitonové pozadí (CGB). Ten by se alespoň v principu měl dát detekovat, i když rozhodně ne snadno.
V roce 2013, když byly zveřejněny mapy kosmického mikrovlnného pozadí (CMB) z družice Planck, se tyto výsledky vesměs pokládaly za potvrzení inflační teorie. S tím ale autoři nové studie nesouhlasí, naopak uvádějí, že tato data mohou stejně dobře znamenat i opak. Namísto modelu klasického velkého třesku by mohly např. naznačovat, že vesmír vznikl „odrazem“ po fázi předchozího smršťování.
„Ještě hlouběji do počátků vesmíru by bylo možné proniknout studiem neutrin … Vesmír umožňoval neutrinům volně se pohybovat bez rozptylu přibližně od sekundy po velkém třesku, kdy byla teplota deset miliard stupňů. Dnešní vesmír musí být zaplněn reliktními neutriny z té doby,“ říká první autor studie Sunny Vagnozzi (Cambridge/Trento).
Nicméně ještě blíže počátkům vesmíru bychom se mohli dostat pomocí gravitonů. Pro gravitony byl vesmír průhledný už od nejstaršího okamžiku, který dokáže popsat známá fyzika: od stáří Planckova času (10 na -43 sekundy), kdy měl vesmír teplotu asi 10 na 32 stupňů. Jakmile se vesmír stal pro gravitony průhledným, mělo by vzniknout reliktní pozadí tepelného gravitačního záření s teplotou o něco nižší než 1 stupeň nad absolutní nulou: kosmické gravitační pozadí (CGB).
Teorie velkého třesku ve své klasické podobě s inflací však existenci CGB nepřipouští, protože předpokládá, že exponenciální inflace nově vzniklého vesmíru rozředila relikty, jako je CGB, do té míry, že jsou dnes nedetekovatelné. Jak dále praví průvodní tisková zpráva, tuto logiku lze ale obrátit: podaří-li se CGB detekovat, znamená to falzifikaci inflace, a to nejen konkrétních scénářů, ale nejspíš i jako celku.

Podle autorů studie je takový test možný. CGB by jako další složka doplňovalo mikrovlnné a neutrinové pozadí. Ovlivňuje tedy rychlost expanze raného vesmíru na úrovni, která je detekovatelná kosmologickými sondami příští generace, které by mohly poskytnout první nepřímý důkaz existence CGB.
Pro definitivní potvrzení CGB by však zřejmě byla nezbytná detekce vysokofrekvenčního pozadí gravitačních vln s vrcholem na frekvencích kolem 100 GHz. To bude velmi obtížné a vyžadovalo by to obrovský technologický pokrok v oblasti gyrotronů (zesilovačů elektromagnetických vln) a supravodivých magnetů. I tento signál ale může být v dosahu budoucích měření…

Sunny Vagnozzi and Abraham Loeb, The Challenge of Ruling Out Inflation via the Primordial Graviton Background, The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b0e
Zdroj: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics / Phys.org

Poznámky PH:
Jeden z vědců zmíněných v této práci (nikoliv přímo spoluautor studie) je Paul Steinhardt, zastánce teorie cyklického vesmíru, od něhož česky vyšla kniha Bez začátku a konce (Paseka 2009).
Spoluautor studie Avi Loeb k sobě přitáhl pozornost (snad lze říct, že se mediálně zviditelnil, ale odborně poněkud znemožnil?), když tvrdil, že ‘Oumuamua je artefakt mimozemské civilizace.

Měsíc Titan pod drobnohledem (nejen) Webbova dalekohledu

V sobotu 5. listopadu se mezinárodní tým vědců s radostí probudil a spatřil první snímky …

2 comments

  1. Skúšam rozvíjať teóriu zrazených vesmírov.
    1. existuje nekonečno rôznych vesmírov. Pripúšťa to aj Kvantová teória. Predstavte si vriacu vodu a bublinky v nej ako prejav energie. Bublinky ako rôzne vesmíry!
    Bublinky sa môžu aj zraziť. My žijeme v zrazených vesmírov. Bing Bang je vlastne začiatok zrážky! Podľa zväčšujúcemu objemu zrážky dvoch vesmírov si ide dobre predstaviť vlastne aj infláciu a dôvod registrovaného zrýchlenia rozpínania našho vesmíru, ktorý je prienikom zrážky vesmírov.
    2. existujú častice vesmíru 1 a vesmíru 2 ktoré spolu interagujú. To je naša hmota.
    3. Existujú častice vesmíru 1 a vesmíru 2 ktoré spolu neinteragujú.To je tmava hmota.
    4. Tmava energia je vlastne energia zrážky vesmírov!
    5. Vesmír 1 a vesmír 2 ešte nedosiahli maximum zrážky v polomeru objemu a preto registrujeme zrýchlene rozpinanie aj dnes!
    6. Zražajúcimi vesmírami ide nájsť viacero vysvetlení kam zmizla napríklad veľka časť antihmoty. Ak by sa časť antihmoty záhadne nezmizla, náš vesmír by vlastne tvorili fotóny po anihlilácii.
    7. Možno najsť aj dostatok vysvetlení paradoxov duality hmoty a iných paradoxov kvantovej teórii.

    Spolupracoval by niekto na vypracovaní takejto teorii zrazených vesmírov? Trvanie na jednom vesmíru a bin – bangu sa stáva čoraz viac neudržateľným! Aj pred 1900 ešte väčšina trvala na jednej galaxii našej mliečnej dráhy. Prečo by sme sa zase mali obmedzovať iba jedným vesmírom, ktory vraj vznikol z ničoho? Ale veď tým porušujeme najdôležitejšie zákony zachovania energie. A do čoho sa vlastne rozpína ten náš vesmír? Prečo sa ešte rozpína zrýchlene? Netvori sa vlastne týmito tvrdeniami vlastne Perpertum mobile?

  2. @Anton:
    Zákon zachovania energie neplatí v kozmologickom merítku (už aj kvôli tomu, že tento zákon predpokladá homogenitu voči posunutiu v čase). Vysvetľoval to tuším aj Luboš Motl, alebo nepriamo aj Petr Kulhánek na aldebaran.cz. V prípade kladnej hustoty vákuovej energie (napr. metastabilný/labilný stav falošného vákua, aký sa predpokladá pri inflácii) dochádza k rozpínaniu, ale hustota energie sa drží približne konštantná, až kým nedôjde ku konverzii tejto energie na bežné častice pri rozpade falošného vákua. Po ukončení inflácie už energia nevzniká, naopak, časť uložená v žiarení zanikná (napr. naťahuje sa vlnová dĺžka fotónov). Ďalej máme druhý zákon termodynamiky (vzrast entropie), ktorý by mal platiť univerzálne, ale ten sa „oklame“ tým, že celková entropia síce narastá, ale jej hustota môže klesať vďaka rozpínaniu vesmíru.

    Ak chcete vypracovať nejakú kozmologickú teóriu, musíte ju v prvom rade matematicky formalizovať a tiež zabezpečiť, aby bola kompatibilná (t.j. jej aproximácie v príslušných medziach pôsobnosti súhlasili) s kvantovou teóriou poľa (štandardný model elektroslabej a silnej interakcie s kalibračnými grupami U(1) x SU(2) x SU(3)) a všeobecnou teóriou relativity, ktoré sú obidve veľmi presne potvrdené experimentmi; a najmä QFT obsahuje aj viacero natívnych obmedzení ohľadom konzistencie možných modelov (napr. maximálne mocniny interakčných členov, podiely elektrických nábojov v ABJ anomálii atď.). Mimochodom, Váš nápad sa podobá na ekpyrotický model.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close