Новое исследование может помочь узнать, что происходило до Большого взрыва

Несмотря на то что космическая инфляция хорошо известна разрешением нескольких серьезных вопросов о структуре и развитии Вселенной, есть и другие теории, способные это сделать. Согласно некоторым из них, до Большого взрыва Вселенная сжималась, а не расширялась, следовательно, имел место Большой отскок.



Чтобы определиться, что вернее — инфляция или иные идеи, — неоднократно поднимался вопрос о проблеме фальсифицируемости, то есть может ли теория быть испытана таким образом, чтобы ее можно было опровергнуть. Некоторые исследователи, включая Ави Лоэба из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA), выражают беспокойство относительно инфляции, предполагая, что ее с виду бесконечная адаптивность делает ее практически неподлежащей испытаниям.



Команда ученых под руководством Сингана Чена из CfA вместе с Лоэбом и Чжун-Чжи Сяньюй из Гарвардского университета применила идею, которую называют «первичными стандартными часами», к неинфляционным теориям и предложила метод, с помощью которого инфляцию можно проверить экспериментально. Исследование будет опубликовано в журнале Physical Review Letters, оно уже доступно в базе препринтов arXiv.org.

Команда начала с определения эволюции размера первичной Вселенной в других теориях, чтобы обнаружить свойства, которые бы отделили от них инфляцию.



Именно для этой цели и пригодились первичные стандартные часы. Они представляют собой любой тип тяжелых элементарных частиц в первичной Вселенной. Такие частицы должны существовать в любой теории, а их расположение должно осциллировать на некой регулярной частоте — наподобие движения маятника часов.

Первичная Вселенная была не совсем равномерна. В ней были небольшие неровности в плотности на миниатюрных масштабах, которые в итоге стали основой для крупномасштабных структур, наблюдаемых сегодня во Вселенной. Это изначальный источник информации, на который полагаются физики, пытаясь выяснить, что же было до Большого взрыва. «Тиканье» стандартных часов сгенерировало сигналы, которые отпечатались на структурах этих неровностей. В разных теориях о первичной Вселенной стандартные часы предсказывают разные закономерности сигналов, так как история развития Вселенной каждой из теорий отличается друг от друга.



«Если мы представим, будто все, что мы знаем о том, что происходило до Большого взрыва, — это набор кадров на кинопленке, то стандартные часы говорят нам, как именно эти кадры должны проигрываться, — объясняет Чен. — Без какой-либо информации о часах мы не имеем понятия, как нужно проигрывать пленку — вперед или назад, быстро или медленно, — и мы не знаем, расширялась или сжималась первичная Вселенная и насколько быстро. Вот где кроется проблема. Стандартные часы поставили отметки на каждый кадр при съемках еще до Большого взрыва и говорят нам, как проигрывать пленку».



Ученые вычислили, как эти сигналы стандартных часов должны выглядеть в неинфляционных теориях, и предположили, как их следует искать при астрофизических наблюдениях.



«Если будет обнаружена закономерность сигналов, которая укажет на сжимающуюся Вселенную, это бы фальсифицировало всю инфляционную теорию», — говорит Сяньюй.



По словам исследователей, успех этой идеи заключается в экспериментах. Они считают, что сигналы будет сложно обнаружить, поэтому придется искать их в разных местах в космосе. Например, одним из них может быть реликтовое излучение, а другим — распространение галактик во Вселенной. Специалисты также отмечают, что поиск сигналов уже идет — и есть несколько интересных кандидатов. Тем не менее исследователи не торопятся с выводами и делают акцент на необходимости в большем объеме данных.