Amerikanska forskare beskrev med hjälp av matematiska verktyg inhomogeniteterna i den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen som uppstod omedelbart efter universums ursprung. Författarna tror att deras resultat bekräftar riktigheten av Big Bounce-hypotesen, enligt vilken framväxten av vårt universum var resultatet av upplösningen av ett "tidigare" universum. Resultaten publiceras i tidskriften Physical Review Letters.
Medan Einsteins teori om allmän relativitet förklarar ett brett spektrum av astrofysiska och kosmologiska fenomen, förblir vissa egenskaper hos universum ett mysterium. I synnerhet kan det inte förklara den ojämna fördelningen av galaxer och mörk materia i rymden.
Sedan 1980-talet har forskare vid Penn State University utvecklat ett kosmologiskt paradigm baserat på begreppet loopkvantityvitet. Detta paradigm, kallad loop-kvantkosmologi, beskriver alla moderna stora strukturer i universum som kvantfluktuationer i rymdtid som ägde rum vid världens födelse.
Enligt den allmänt accepterade teorin om Big Bang började det hela med en singularitet - ett tillstånd där all materia och energi komprimeras till en punkt. Sedan, under den första bråkdelen av en sekund, under en period som kallas inflation, svällde kosmos till enorma proportioner. Men Big Bang-teorin förklarar inte vad som hände före singulariteten, så detta tillstånd kan inte beskrivas i termer av fysikens och matematikens lagar.
Forskare vid Pennsylvania State University har den alternativa Big Bounce-hypotesen, enligt vilken det nuvarande expanderande universum uppstod från den superkomprimerade massan i universum i den föregående fasen. För att beskriva detta tillstånd använder de en universell matematisk apparat som kombinerar kvantmekanik och relativitetsteorin.
Författarna spårar ursprunget till universums struktur till de minsta inhomogeniteterna som registrerades mot bakgrund av kosmisk strålning från mikrovågsbakgrund, som släpptes ut när universum bara var 380 tusen år gammalt.
Men denna strålning i sig har tre mystiska avvikelser som är svåra att förklara med klassisk fysik. Dessa avvikelser är så allvarliga att många fysiker började prata om en kris i kosmologin.
I en ny studie hävdar forskare att ur ett slingkvantkosmologiperspektiv, genom att beskriva inflation, elimineras två stora avvikelser i CMB-distributionen.
Kampanjvideo:
"Genom att använda kvant-slingkosmologi löste vi naturligtvis två av dessa avvikelser och undviker en potentiell kris," sa medförfattare Donghui Jeong, docent i astronomi och astrofysik, i ett pressmeddelande från universitetet. "Närvaron av dessa avvikelser antyder att vi lever i ett exceptionellt universum."
Författarna tror att inhomogeniteten hos CMB är resultatet av oundvikliga kvantfluktuationer i det tidiga universum. Under den accelererade expansionsfasen - inflation - sträcktes dessa ursprungligen små fluktuationer av tyngdkraften, vilket återspeglas i de observerade oegentligheterna.
"Det normala inflationsparadigmet, baserat på allmän relativitet, betraktar rymdtiden som en smidig kontinuum", säger den första författaren till tidningen, professor Abhay Ashtekar, chef för Pennsylvania Institute of Gravity and Space. - Tyget på skjortan ser också ut som en tvådimensionell yta, men vid närmare granskning kan du se att den är vävd från tätpackade endimensionella trådar. På samma sätt vävs kvanttrådar i rymdtidens tyger. Med tanke på dessa strängar tillåter loop-kvantkosmologi oss att gå utöver det kontinuum som beskrivs av allmän relativitet."
Forskare hoppas att nya satellituppdrag som LiteBIRD och Cosmic Origins Explorer, som syftar till att upptäcka spår av primära gravitationsvågor mot bakgrund av CMB, kommer att bekräfta sina resultat.
