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.
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.
Рис. 2. Необъяснимая разница в температурных флуктуациях представляет собой одну и ключевых загадок Вселенной.
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.
Рис. 3. Космологи полагают, что квантовые флуктуации в момент Большого взрыва стали причиной роста Вселенной – так называемой инфляции. В итоге флуктуации превратились в «семена» галактик и межгалактических пустот.
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.
Автор: Владимир Никитин.
http://rnd.cnews.ru/natur_science/reviews/index_science.shtml?2013/06/28/533794
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
