Apa yang berlaku sebelum Big Bang?

Konsep artis menunjukkan corak isyarat yang dihasilkan oleh jam piawai primordial dalam teori-teori yang berbeza dari alam semesta purba. Atas: Big Bounce. Bawah: Inflasi. Imej melalui CfA.

Bolehkah kita mendapat gambaran tentang apa yang wujud sebelum alam semesta kita bermula? Beberapa teori mencadangkan bahawa, sebelum Big Bang, apa pun yang wujud adalah kontrak, bukannya berkembang, kerana alam semesta kita hari ini. Mungkin apa yang terkandung di dalamnya adalah alam semesta terdahulu, contohnya. Jika ya, apa yang kita anggap sebagai Big Bang sebenarnya sebahagian daripada Bounce Big. Tetapi teori yang popular tentang alam semesta kita, yang disebut teori inflasi, tidak memanggil idea alam semesta yang terkandung sebelumnya.

Jadi bagaimana jika teori inflasi dapat dibuktikan palsu? Jika ya, pintu akan dibuka kepada teori-teori lain, yang mana sebahagiannya mencadangkan keadaan penguncupan sebelum alam semesta kita bermula. Jika teori inflasi dapat dibuktikan palsu, kami mempunyai potensi untuk meneliti - melalui teori-teori lain - alam semesta sebelum Big Bang.

Sekarang satu pasukan saintis di Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics (CfA) telah meletakkan satu kaedah yang mungkin digunakan untuk memalsukan percobaan inflasi. Kajian ini akan muncul dalam jurnal Physics Review Letters sebagai Cadangan Penyunting.

Mari bermula dari permulaan di sini ... secara harfiah. Inflasi adalah teori yang bercakap tentang masa yang tepat selepas Big Bang. Ia menerangkan alam semesta yang berkembang secara besar-besaran untuk seketika seketika. Teori inflasi menyelesaikan beberapa misteri penting mengenai struktur dan evolusi alam semesta kita. Tetapi, menurut para saintis CfA, teori-teori lain yang sangat berbeza - termasuk yang membolehkan alam semesta terkandung sebelum ini dan Big Bounce - juga dapat menjelaskan misteri-misteri ini. Para saintis ini berkata dalam satu kenyataan:

Untuk membantu memutuskan antara inflasi dan idea-idea lain, isu kepalsuan - sama ada teori boleh diuji untuk berpotensi menunjukkan ia palsu - tidak dapat dielakkan.

Beberapa penyelidik, termasuk Avi Loeb of CfA - yang merupakan sebahagian daripada kajian baru - sebelum ini menimbulkan kebimbangan tentang inflasi, dengan alasan ia sukar, jika tidak mustahil, untuk memalsukan. Loeb berkata:

Falsifiability harus menjadi ciri utama dari mana-mana teori saintifik. Keadaan semasa untuk inflasi adalah bahawa ia adalah idea yang fleksibel, ia tidak boleh dipalsukan secara eksperimen. Tidak kira apa nilai orang yang diukur untuk sifat yang boleh dilihat, selalu terdapat beberapa model inflasi yang dapat menjelaskannya.

Satu pasukan saintis yang diketuai oleh Xingang Chen CfA, bersama dengan Loeb, dan Zhong-Zhi Xianyu dari Jabatan Fizik Universiti Harvard, telah memakai idea yang mereka panggil jam piawai asal kepada teori-teori bukan inflasi, dan meletakkan kaedah yang boleh digunakan untuk memalsukan inflasi secara eksperimen.

Dalam usaha untuk mencari beberapa ciri yang boleh memisahkan inflasi dari teori-teori lain, pasukan itu bermula dengan mengenal pasti sifat yang menentukan pelbagai teori evolusi saiz alam semesta purba. Xianyu berkata:

Sebagai contoh, semasa inflasi, saiz alam semesta tumbuh dengan pesat. Dalam beberapa teori alternatif, saiz kontrak semesta. Ada yang melakukannya perlahan-lahan, sementara yang lain melakukannya dengan cepat.

Atribut yang dicadangkan oleh orang-orang sejauh ini untuk mengukur biasanya mempunyai masalah membezakan antara teori-teori yang berbeza kerana mereka tidak berkaitan secara langsung dengan evolusi saiz alam semesta primordial.

Oleh itu, kami ingin mencari apa sifat yang boleh dilihat yang boleh dikaitkan secara langsung dengan harta yang menentukan.

Menurut saintis ini, isyarat yang dijana oleh jam piawai asal dapat berfungsi seperti itu. Mereka menjelaskan:

Jam itu adalah apa-apa jenis zarah asas berat di alam semesta purba. Zarah-zarah sedemikian perlu wujud dalam mana-mana teori dan kedudukan mereka harus berayun pada beberapa frekuensi biasa, sama seperti tanda pendulum jam.

Alam semesta primordial tidak sama sekali seragam. Terdapat penyelewengan kecil dalam ketumpatan pada skala minuscule yang menjadi benih struktur besar-besaran yang diperhatikan dalam alam semesta hari ini. Ini adalah sumber utama ahli fizik maklumat yang bergantung kepada untuk belajar tentang apa yang berlaku sebelum Big Bang.

Titik jam piawai dijana isyarat yang dicetak ke dalam struktur penyimpangan tersebut. Jam standard dalam teori yang berbeza dari alam semesta primordial meramalkan corak isyarat yang berbeza, kerana sejarah evolusi alam semesta adalah berbeza.

Chen berkata:

Jika kita bayangkan semua maklumat yang kita pelajari sejauh ini tentang apa yang berlaku sebelum Big Bang berada dalam penggambaran bingkai filem, maka jam piawai memberitahu kita bagaimana bingkai ini harus dimainkan. Tanpa sebarang maklumat jam, kita tidak tahu apakah filem itu harus dimainkan ke depan atau ke belakang, cepat atau lambat, sama seperti kita tidak pasti jika alam semesta kuno telah menaikkan atau mengikat, dan seberapa cepat ia melakukannya. Di sinilah masalahnya terletak. Jam standard meletakkan setem masa pada setiap bingkai ini apabila filem itu ditembak sebelum Big Bang, dan memberitahu kami bagaimana untuk memainkan filem itu.

Pasukan menghitung bagaimana isyarat jam piawai ini harus dilihat dalam teori bukan inflasi, dan mencadangkan bagaimana mereka harus dicari dalam pemerhatian astrofizikal. Pengarang bersama Xianyu berkata:

Sekiranya corak isyarat mewakili alam semesta kontrak dijumpai, ia akan memalsukan keseluruhan teori inflasi.

Chen menambah bahawa kejayaan idea ini terletak pada percubaan. Beliau berkata:

Isyarat ini akan sangat halus untuk mengesan, dan oleh itu kita mungkin perlu mencari di banyak tempat yang berbeza. Radiasi latar gelombang mikro kosmik adalah salah satu tempat, dan pengedaran galaksi adalah satu lagi. Kami sudah mula mencari isyarat ini dan ada beberapa calon yang menarik ...

Seperti biasa, mereka berkata, lebih banyak data pemerhatian diperlukan untuk menunaikan idea-idea teoritis ini.

Bottom line: Kami tidak tahu apa yang terjadi sebelum Big Bang, tetapi beberapa teori kosmologi mencadangkan penguncupan sebelum itu. Mungkin alam semesta terdahulu telah berkontrak. Malangnya, teori kosmologi yang paling popular hari ini - teori inflasi - tidak memanggil idea ini. Sekarang saintis di CfA telah mencipta satu cara bahawa teori inflasi mungkin dipalsukan. Jika ia dipalsukan, pintu akan terbuka kepada beberapa teori lain yang membayangkan penguncupan sebelum Big-Bang.

Sumber: Unik Jari Alternatif untuk Inflasi dalam Spektrum Kuasa Primordial

Satu kerja yang berkaitan sebelumnya: Jam Standard Kuantum Primordial

Via CfA