Pada peta asimetris jejak ruang asalnya terlihat

Pola aneh terlihat dalam gambar Alam Semesta awal yang diperoleh dari teleskop Planck: fluktuasi suhu di bagian langit di sebelah kanan garis abu-abu lebih kuat daripada di bagian di sisi kiri garis.

Jika alam semesta kita menabrak tetangga sebelah pada saat pertumbuhannya yang tajam pada detik pertama keberadaannya, maka tabrakan seperti itu akan meninggalkan bekas. Dan Matius Kleban percaya bahwa ia mengamati jejak seperti itu dalam foto-foto fajar Semesta Semesta yang paling detail. Gambar satelit menegaskan kesimpulan yang diambil dari foto sebelumnya: setengah dari ruang muda lebih kasar dari yang lain.

Karena tidak ada informasi lain yang cukup tentang apa yang terjadi pada saat-saat pertama keberadaan Alam Semesta, Kleban, bersama dengan puluhan ahli teori-kosmologi, sedang berusaha menyusun sejarah asal usul ruang berdasarkan pada petunjuk kasar baru.


Matthew Kleban, profesor fisika di New York University dan mahasiswa pascasarjana Marjorie Shillo membahas tabrakan dua gelembung alam semesta.

"Ketika mereka saling memukul, ada gelombang kejut yang menyebar di alam semesta kita," kata Kleban. Gelombang seperti itu - jika ini persis seperti yang ditunjukkan gambar - akan berfungsi sebagai bukti hipotesis multiverse, gagasan yang terkenal tetapi tidak terbukti bahwa Alam Semesta kita hanya satu dari jumlah alam semesta yang tak terbatas yang muncul dalam kekosongan yang luas.

Kebanyakan ahli kosmologi percaya bahwa jejak ini mungkin salah.

"Ini adalah permainan berisiko tinggi," kata Mark Kamionkowski, profesor fisika dan astronomi di Universitas. John Hopkins, yang mengusulkan beberapa model Big Bang, menjelaskan asimetri antara dua bagian ruang. "Kami ingin tahu lebih banyak tentang asal usul alam semesta, tetapi alam tidak memberi kita terlalu banyak petunjuk." Asimetri "mungkin berubah menjadi penyimpangan statistik," kata Kamionkowski, "atau mungkin hanya ujung gunung es."

Semua orang akan menilai waktu atau tes rumit.

Asimetri Alam Semesta kita dilacak dalam radiasi relik - sisa-sisa cahaya yang tersisa dari saat Semesta menjadi transparan 380.000 tahun setelah Big Bang. Kabut partikel bermuatan, yang sampai saat itu memenuhi ruang, cukup dingin untuk mengembun menjadi atom netral, dan membebaskan cahaya, yang untuk pertama kalinya dapat melakukan perjalanan tanpa halangan. Selama beberapa tahun terakhir, satelit Planck dari European Space Agency telah mengumpulkan gambar 50 megapiksel dari cahaya ini yang datang dari semua sisi, dan setiap foton yang diterima memiliki suhu yang tercatat di mana ia dipancarkan 13 miliar tahun yang lalu.



Ahli kosmologi percaya bahwa fluktuasi quantum pada masa Big Bang membentang selama pertumbuhan eksponensial, yang dikenal sebagai inflasi, dan berubah menjadi tempat panas dan dingin yang berfungsi sebagai benih galaksi dan rongga.

Radiasi peninggalan menunjukkan bahwa suhu di Alam Semesta yang berusia 380.000 tahun hampir seragam, dan menyimpang dari rata-rata hanya 1 bagian dari 100.000. Diyakini bahwa daerah yang relatif dingin dan panas - benih galaksi dan rongga masa depan - berasal dari fluktuasi kuantum, acak semburan energi diperkuat selama pertumbuhan eksponensial pada saat pertama keberadaan alam semesta, yang dikenal sebagai inflasi.

Ahli kosmologi ingin melacak proses ini kembali ke penyebab kemunculannya.

Dengan tidak adanya ide tentang bagaimana fisika bekerja di negara yang sangat panas dan terkompresi yang ada di alam semesta yang baru lahir, fisikawan menggunakan "model mainan" acara: bidang inflasi, yang mengisi seluruh ruang, berubah menjadi tidak stabil setelah sekitar 10 ^-36 detik setelah Ledakan Dahsyat, yang menyebabkan ruang mengasapi 10 ⁷⁸ kali, setelah itu lapangan inflasi kembali stabil setelah 10 ^-30 s. Menurut model ini, kosmos seharusnya meregang secara merata, dan berubah menjadi distribusi bercak acak yang seragam dari area panas dan dingin di CMB. Namun data membantah pendapat ini.

"Di satu sisi, tambalan panas dan dingin lebih panas dan lebih dingin daripada di sisi lain," Kamionkowski menjelaskan.

The Wilkinson Microwave Anisotropy Probe , atau WMAP, pertama kali menemukan bukti bahwa fluktuasi dalam satu setengah CMB lebih kuat daripada yang lain pada tahun 2007. Tapi kemudian itu bisa dikaitkan dengan kesalahan pengukuran. Peta Planck memperkuat bukti ini dan menunjukkan fluktuasi secara lebih rinci, yang memungkinkan fisikawan untuk menjatuhkan beberapa penjelasan dan menghasilkan beberapa penjelasan lainnya.

Asimetri fluktuasi suhu Semesta, serta perbedaan topografi di wilayah Amerika Serikat, paling baik dilihat pada skala terbesar. Satu meter persegi tanah di Colorado tidak jauh berbukit dari satu meter persegi di Indiana, tetapi dengan peningkatan pegunungan dan lembah Colorado menjadi jauh lebih terlihat. "Satu bagian dari langit dapat dibayangkan sebagai Indiana dan yang lainnya sebagai Colorado," kata Donghu Jong, Ph.D dari kelompok Kamionkowski. - Fluktuasi ini sangat aneh. Sulit membayangkan mengapa mereka muncul. "

Beberapa ahli kosmologi percaya bahwa ini adalah penyimpangan statistik. Peluang bahwa asimetri seperti itu mungkin secara tidak sengaja muncul pada saat kelahiran Semesta berada dalam kisaran dari 0,1% hingga 1% - hampir sama dengan kemungkinan koin terbalik membalik delapan kali berturut-turut.

"Jika saya menaruh uang padanya, saya akan bertaruh pada fluktuasi," kata Sean Carroll , seorang kosmologis di California Institute of Technology. - Tapi intinya adalah kita tidak bermain demi uang. Jika informasi ini memberi tahu kita apa-apa tentang alam semesta awal, itu bisa sangat penting. "

Kosmolog telah mengajukan beberapa teori yang saling bersaing yang menjelaskan bagaimana peristiwa selama dan segera setelah Big Bang dapat menciptakan asimetri ini.

Beberapa orang percaya bahwa model mainan, di mana bidang inflasi tiba-tiba muncul, dapat sepenuhnya menjelaskan apa yang memunculkan alam semesta. Bidang ini dapat berubah menjadi salah satu dimensi ruang terbatas tambahan, yang dikatakan "teori segalanya" hipotetis, teori string, di mana, kemungkinan besar, harus ada beberapa bidang inflasi. Dalam sebuah karya di arXiv.org, John MacDonald , seorang kosmolog dari Lancaster University di Inggris, menunjukkan bahwa model dua-bidang dapat menjelaskan asimetri radiasi relik jika bidang kurvatonik yang kedua meluruh pada akhir inflasi dan setelah pembentukan materi gelap.

Seperti penjelasan lain yang diberikan dalam artikel tersebutuntuk jurnal Physical Review D, Kamionkowski dan rekannya menghitung bahwa asimetri dapat muncul dari variasi dalam parameter kosmologis tertentu di berbagai tempat di alam semesta. Salah satu model yang paling mungkin, yang menggambarkan perubahan 6% dalam parameter dari satu ujung Semesta ke yang lain, "dalam perjanjian yang cukup baik dengan pengamatan," kata Kamionkowski. Parameter tersebut dapat dikaitkan dengan berbagai cacat ruang-waktu, yang, menurut beberapa teori, dapat menjadi katalis untuk inflasi.



Atau, seperti yang ditunjukkan Kleban dan rekan-rekannya dalam sebuah artikel di Physical Review D, dan dalam karya selanjutnya, asimetri dapat muncul sebagai akibat tabrakan tajam dua alam semesta atau dua titik Alam Semesta kita. Dalam hipotesis multiverse, gelembung sering kali harus muncul berdekatan dan bertabrakan. Gelembung juga dapat bertabrakan dengan diri mereka sendiri selama ekspansi di sekitar dimensi spasial bengkok (orang bisa membayangkan lingkaran tumbuh di permukaan silinder). Tabrakan seperti itu dapat memicu inflasi.

Jika gelombang kejut dari tabrakan tersebut dapat dilihat pada radiasi relik, ini akan menjadi bukti jelas yang mendukung teori multiverse, kata Kleban. Tetapi, kemungkinan besar, ujung gelombang kejut menghilang di balik cakrawala bagian yang dapat diamati dari Semesta, meninggalkan dirinya sendiri, seolah-olah sebuah kapal yang lewat, turbulensi ringan. Pada peta Planck, sisa jejak seperti itu dapat digambarkan.

Residu ini "akan mempengaruhi struktur terbesar yang kita amati," kata Kleban. Mereka seharusnya bertambah besar dengan perluasan Semesta, yang seharusnya mengarah pada efek yang mirip dengan perbedaan topografi antara Colorado dan Indiana.

Karena setiap model inflasi berikutnya memberikan prediksi tentang arah polarisasi cahaya kuno, "peta polarisasi" baru dari CMB akan membantu untuk memilih yang tepat dari hipotesis. Untuk saat ini, para teoretikus perlu menyesuaikan teori Big Bang mereka dengan data yang tersedia. "Akan selalu ada hal-hal yang tidak dapat dibuktikan karena kurangnya teknologi yang tepat," kata Kleban. "Kamu hanya perlu berusaha dan mencoba yang terbaik."

Source: https://habr.com/ru/post/id401633/