Cinco Maiores Previsões da Inflação Espacial
Isso não é mais uma teoria especulativa, já que quatro delas foram confirmadas.
As idéias científicas devem ser simples, explicativas e preditivas. E até onde sabemos hoje, o multiverso inflacionário não possui tais propriedades.
- Paul Steinhart, 2014
Pensando no Big Bang, imaginamos o ponto de partida do Universo: um estado quente, denso e em expansão, do qual tudo emergiu. Tendo notado e medido a atual expansão do Universo - galáxias se espalhando uma pela outra, podemos não apenas determinar o destino do Universo, mas também seu começo.
Mas esse estado quente e denso por si só está repleto de muitas perguntas, incluindo:• Por que as regiões remotas e diferentes do cosmos, que não podiam trocar informações desde o início dos tempos, são preenchidas com a mesma densidade de matéria e radiação da mesma temperatura?• Por que um universo que se recuperou se houvesse mais substância nele, ou expandido para um estado de inexistência, se houvesse menos substância nele, é tão perfeitamente equilibrado?• E onde, se o Universo estivesse em um estado muito quente e denso, todas essas partículas de relíquias de alta energia (como monopólos magnéticos) que teoricamente deveriam ser fáceis de detectar hoje em dia?As respostas às perguntas foram encontradas no final de 1979, no início de 1980, quando Alan Gut apresentou a teoria da inflação cósmica.
Aceitando que o Big Bang foi precedido por um estado em que o Universo não estava cheio de matéria e radiação, mas apenas com uma grande quantidade de energia inerente ao próprio cosmos, Gut conseguiu resolver todos esses problemas. Além disso, em 1980, aconteceu, e outros desenvolvimentos, o que permitiu encontrar novas classes de modelos que ajudam modelos inflacionários reproduzir o universo de hoje:• cheias de matéria e radiação,• isotrópico (igual em todas as direções),• homogênea (a mesma em todos os pontos),• quente, denso e em expansão no estado inicial.Tais modelos foram desenvolvidos por Andrey Linde, Paul Steinhart, Andy Albrecht e detalhes adicionais foram elaborados por Henry Tye, Bruce Allen, Alexey Starobinsky, Michael Turner, David Schramm, Rocky Kolb e outros.
Encontramos algo notável: duas classes generalizadas de modelos nos deram tudo o que precisávamos. Havia uma nova inflação, com o potencial plano no topo, do qual o campo da inflação poderia "deslizar lentamente" para o fundo, e havia uma inflação caótica com um potencial em forma de U, do qual também poderia rolar lentamente.Nos dois casos, o espaço se expandiu exponencialmente, endireitado, suas propriedades eram as mesmas em todos os lugares e, quando a inflação chegou ao fim, você retornou a um universo muito semelhante ao nosso. Além disso, você recebeu cinco previsões adicionais, observações sobre as quais naquele momento ainda não eram.
1) Universo plano. No início dos anos 80, concluímos uma pesquisa de galáxias, aglomerados galácticos e começamos a entender a estrutura em larga escala do universo. Com base no que vimos, fomos capazes de medir dois indicadores:• A densidade crítica do Universo, ou seja, a densidade da matéria, necessária para o equilíbrio perfeito do Universo entre o recolho e a expansão eterna.• A densidade real da matéria no Universo, não apenas a matéria luminosa, gás, poeira e plasma, mas todas as fontes, incluindo a matéria escura, que exercem um efeito gravitacional.Descobrimos que o segundo indicador variou de 10% a 35% do primeiro, dependendo da fonte de dados. Em outras palavras, a questão no Universo era muito menor que a quantidade crítica - o que significa que o Universo está aberto.Mas a inflação previa um universo plano. Ela pega o universo de qualquer forma e o estende a um estado plano, ou pelo menos a um estado indistinguível de um estado plano. Muitas pessoas tentaram construir modelos de inflação que davam ao universo uma curvatura negativa (aberta), mas não tiveram sucesso.
Com o advento da era da energia escura como resultado da observação de supernova em 1998, seguida pela coleta de dados no projeto WMAP, lançado pela primeira vez em 2003 (e dados do projeto Boomerang, divulgados um pouco antes), chegamos à conclusão de que o Universo é realmente plano , e o motivo da baixa densidade de matéria foi a presença dessa nova e inesperada forma de energia.
2) Um universo com flutuações em uma escala maior que a luz pode superar. A inflação - fazendo com que o espaço do universo se expanda exponencialmente - infla o que está acontecendo em escalas muito pequenas, para escalas muito grandes. O Universo de hoje tem sua incerteza inerente no nível quântico, pequenas flutuações na energia devido ao princípio da incerteza de Heisenberg.Mas, durante a inflação, supunha-se que essas flutuações de energia em pequena escala se estendessem por todo o universo a gigantescas escalas macroscópicas, estendendo-se por toda a sua extensão! (Em geral, e ainda mais, pois não podemos observar nada que esteja fora do Universo observável).
Mas, olhando as flutuações da CMB em larga escala, que o projeto COBE foi capaz de fazer em certa medida em 1992, descobrimos essas flutuações. E, com os melhores resultados do WMAP, conseguimos medir sua magnitude e ver que eles são consistentes com as previsões de inflação.
3) Um universo com flutuações adiabáticas, isto é, com entropia universalmente idêntica. As flutuações podem ser diferentes: adiabática, curvatura constante ou uma mistura dos dois tipos. A inflação previa flutuações adiabáticas de 100%, o que significava a presença de parâmetros CMB bem definidos que podiam ser medidos no WMAP e estruturas de larga escala medidas nos projetos 2dF e SDSS. Se a radiação relíquia e as flutuações em larga escala estão relacionadas entre si, elas são adiabáticas e, se não, podem ter curvatura constante. Se o Universo tivesse um conjunto diferente de flutuações, não saberíamos disso até 2000!
Mas esse ponto era tão dado como certo, graças ao restante do sucesso da teoria da inflação, que sua confirmação passou quase despercebida. Foi apenas uma confirmação do que já "conhecemos", embora, na realidade, tenha sido tão revolucionário quanto todos os outros.
4) Um universo em que o espectro de flutuação era um pouco menor que o da escala invariante (n s <1). Esta é uma previsão séria! Certamente, a inflação, em geral, prevê que as flutuações devem ser invariáveis em escala. Mas há um problema ou um esclarecimento: a forma dos potenciais inflacionários afeta como o espectro das flutuações difere da invariância ideal da escala.Os modelos de trabalho descobertos na década de 1980 previram que o espectro de flutuação (índice espectral escalar, n s) deve ser um pouco menor que 1, algo entre 0,92 e 0,98, dependendo do modelo usado.
Quando recebemos os dados observacionais, descobrimos que a quantidade medida, n s , é de aproximadamente 0,97, com um erro (de acordo com as medições do CMB pelo projeto BAO) de 0,012. Eles foram notados pela primeira vez no WMAP, e essa observação não foi apenas confirmada, mas também reforçada ao longo do tempo por outras pessoas. Na verdade, é menos do que a unidade, e apenas a inflação fez essa previsão.
5) E, finalmente, o Universo com um certo espectro de flutuações de ondas gravitacionais. Esta é a última previsão, a única principal que ainda não foi confirmada. Alguns modelos - por exemplo, o modelo de inflação caótica de Linde - produzem ondas gravitacionais em larga escala (tais ondas deveriam ter sido notadas pelo BICEP2), enquanto outros, como o modelo de Albrecht-Steinhardt, podem produzir ondas gravitacionais muito pequenas.
Sabemos que tipo de espectro eles deveriam ter e como essas ondas interagem com as flutuações na polarização da radiação CMB. A incerteza é apenas sua força, que pode ser pequena demais para observação, dependendo de qual dos modelos de inflação está correto.Pense na próxima vez que ler um artigo sobre a natureza especulativa da teoria da inflação ou sobre como um dos fundadores da teoria duvida de sua veracidade. Sim, as pessoas tentam encontrar buracos nas melhores teorias e procuram alternativas; nós, cientistas, estamos fazendo isso.
Mas a inflação não é algum tipo de monstro teórico, divorciado das observações. Ela fez cinco novas previsões, quatro das quais confirmamos! Ela pode ter previsto coisas que ainda não sabemos como testar, como o multiverso, mas que não roubam seus sucessos.A teoria da inflação cósmica não é mais especulativa. Graças a observações de radiação relíquia e estruturas em larga escala do Universo, conseguimos confirmar suas previsões. Este é o primeiro de todos os eventos que aconteceram em nosso universo. A inflação cósmica ocorreu antes do Big Bang e preparou tudo para sua aparência. E talvez ainda possamos aprender muito graças a ela!Source: https://habr.com/ru/post/pt399505/
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