Ксеноморф

Последние наблюдения космической обсерватории Planck подтверждают необходимость пересмотра существующей примитивной модели рождения Вселенной.

В марте 2013 года космическая обсерватория Planck сделала 50-мегапиксельные снимки одного из старейших явлений во Вселенной, так называемого реликтового излучения. Эти снимки сразу стали предметом пристального изучения ученых, поскольку реликтовое излучение, фактически, запечатлело самое начало Вселенной.

Таким образом, оно может подтвердить или опровергнуть гипотезы ученых о происхождении Вселенной.


Одна из интересных теорий, теория мультивселенной, гласит, что таких вселенных, как наша, существует множество. Их можно представить в виде пузырей, плавающих в окружении «абсолютного» вакуума. Одним из доказательств теории мультивселенной могли бы стать следы столкновения нашей Вселенной с другой.

Снимки космической обсерватории Planck наглядно показывают, что в нашей Вселенной существует асимметрия: в одной половине тепловые флуктуации гораздо более активные, чем в другой.

Адъюнкт-профессор физики в Университете Нью-Йорка Мэтью Клебан полагает, что самый подробный из всех существующих снимок Planck-а может свидетельствовать о правоте сторонников теории мультивселенной. Действительно, асимметрия может быть следом ударной волны от столкновения нашей Вселенной с другой Вселенной.

Тем не менее, асимметрию нельзя автоматически считать доказательством теории мультивселенной. Она может быть статистической случайностью или объяснятся другими теориями. Как бы то ни было, непонятное явление обнаружено, и его существование окончательно подтверждено. Скорее всего, асимметрия действительно имеет важный смысл и является свидетельством ключевых событий, произошедших в ранней Вселенной.

Асимметрия Вселенной
Асимметрия нашей Вселенной проявляется в космическом микроволновом фоне – реликтовом излучении, которое осталось с тех времен, когда Вселенная стала прозрачной для электромагнитного излучения, то есть через 380 000 лет после Большого взрыва. Туман заряженных частиц, которые до этого заполняли космос, остыли достаточно, чтобы превратиться в нейтральные атомы. Именно тогда возник свет, вернее он смог беспрепятственно двигаться сквозь пространство. За последние три года космическая обсерватория Planck Европейского космического агентства провела панорамную съемку с высоким разрешением этого первого света, идущего со всех сторон и во всех направлениях. Данное электромагнитное излучение хранит отпечаток рекордной температуры, которая наблюдалась в ранней Вселенной более 13 миллиардов лет назад.


Реликтовое излучение показывает, что температура 380 000-летней Вселенной на всем ее протяжении была почти однородной, отклоняясь от средней всего на 1 часть на 100 000. Конечно, были незначительные «холодные» и «горячие» пятна (ученые полагают, что это будущие галактики и пустоты), но в целом эти отличия можно объяснить квантовыми флуктуациями или случайными пульсациями энергии. Эти пульсации усилились во время вспышки экспоненциального роста в первый момент рождения Вселенная. Это явление разрастания («раздувания») Вселенной также называют инфляцией. Космологи хотят подробно изучить все этапы инфляции и определить ее причину, то есть собственно узнать: а с чего вдруг родилась Вселенная?

Игрушечная модель
К сожалению, до сих пор нет законченной проверенной теории о том, как работает физика в очень малых масштабах и при сверхвысоких температурах, которые имели место в «новорожденной» Вселенной. Пока ученые пользуются простой «игрушечной» моделью рождения Вселенной: инфляционное поле, проникая во все уголки пространства, перешло в неустойчивое состояние примерно через 10-36 секунд после Большого взрыва, в результате чего пространство раздулось в 1078 раз от первоначального объема. Затем через 10-30 секунд инфляционное поле стабилизировалось.

Согласно этой модели, космос должен был равномерно растягиваться и образовать однородную структуру со случайным, но более-менее равномерным распределением горячих и холодных пятен. Именно такую равномерную картину мы должны видеть в микроволновом диапазоне, но наблюдения реликтового излучения, проведенные обсерваторией Planck , показывают обратное – Вселенная асимметрична, то есть не однородна, а в некотором роде разделена на две разные части.

Как это понять
Первые «тревожные звоночки» для «игрушечной» модели прозвучали, когда в 2007 году зонд WMAP впервые обнаружил доказательства того, что колебания температуры более значительны в одной половине космического микроволнового фона. Тогда многие ученые «успокаивали» себя возможной погрешностью измерений, но Planck подтвердил: наблюдения WMAP – это не погрешность оборудования, а реальность.

Для обнаружения асимметрии потребовались совершенные инструменты, поскольку ее можно найти, лишь работая в очень больших масштабах. Есть простой пример, демонстрирующий эту необходимость: квадратный метр земли на равнине и в горах может быть одинаковым, но в масштабах тысяч квадратных километров разница в рельефе очень существенная. То же произошло и с наблюдением Вселенной: когда изучали небольшие участки микроволнового фона, вроде наблюдалась однородность, а как только охватили взглядом всю Вселенную целиком – нашлись кардинальные различия, разделяющие ее на две «половины».

Некоторые космологи по-прежнему считают это статистической случайностью. Вероятность того, что квантовые флуктуации в момент рождения Вселенной могли случайно породить наблюдаемую асимметрию, находится между 0,1 и 1%. Это примерно так же вероятно, как 8 раз подряд бросить монету орлом вверх – маловероятно, но в принципе возможно.

Тем не менее, сегодня уже мало кто верит в «игрушечную» модель рождения Вселенной. Космологи выдвинули несколько конкурирующих теорий, объясняющих, какие именно события во время и сразу после Большого взрыва могли породить ассиметрию космоса.


Одна из популярных теорий – теория струн, которая вводит дополнительные свернутые измерения пространства. Сторонники теории струн полагают, что эти измерения породили более чем одно инфляционное поле, что и привело к асимметрии. Так, в мае Джон Макдональд, космолог Ланкастерского университета в Великобритании, представил двухполевую модель, в которой одно поле могло стать причиной асимметрии. Данное поле, названное курватрон (curvaton), распалось после инфляции и после образования темной материи.

Кроме того, в издании Physical Review скоро появится статья физика-теоретика Марка Камянковского, в которой асимметрия объясняется результатом изменения некоторых космологических параметров по всей Вселенной. Проще говоря, различные параметры на разных концах Вселенной изменялись в пределах 6%. Эти изменения могли быть катализаторами инфляции.

Ну и, конечно, Мэтью Клебан поддерживает теорию мультивселенной и полагает, что асимметрия вызвана столкновением между двумя вселенными или между двумя точками нашей Вселенной. В таком сценарии «пузыри» всплывали рядом, сталкивались и давали начало инфляции. Также возможно столкновения пузыря-вселенной самого с собой – представьте «бублик» растущий на цилиндре, он огибает цилиндр и разные точки пузыря сталкиваются друг с другом. Такое столкновение также может привести к инфляции.

Если удастся заметить следы такой ударной волны на микроволновом фоне, правота Клебана будет подтверждена. Правда, сам ученый не испытывает по этому поводу особого оптимизма и считает, что основной фронт ударной волны, скорее всего, перешел за горизонт наблюдаемой части Вселенной. В результате, Planck наблюдает лишь остатки этой волны – как кильватерный след корабля, который уже скрылся за горизонтом.

Большая работа
Как бы то ни было, теперь теоретикам придется внести корректировки в свои теории и все-таки попытаться найти способ их экспериментального подтверждения. В настоящее время ученые надеются на новую серию наблюдений космической обсерватории Planck, которая завершится в следующем году.

Дело в том, что различные теории инфляции предполагают свои особенности в поляризации космического микроволнового фона. Как ожидается, новые данные с Planck-а уточнят картину поляризации и позволят отсеять несостоятельные гипотезы.

Теги: Космос

© NNN