על פי המודל הקוסמולוגי של המפץ הגדול, היקום שלנו החל לפני 13.8 מיליארד שנה כשכל החומר והאנרגיה בקוסמוס החלו להתרחב. על פי ההערכה, תקופה זו של "אינפלציה קוסמית" היא מה שמסביר למבנה היקף היקום ומדוע נראה כי המרחב ורקע המיקרוגל הקוסמי (CMB) אחידים במידה רבה לכל הכיוונים.
עם זאת, עד היום לא התגלו שום ראיות שיכולות בהחלט להוכיח את תרחיש האינפלציה הקוסמית או לשלול תיאוריות אלטרנטיביות. אך בזכות מחקר חדש שנערך על ידי צוות אסטרונומים מאוניברסיטת הרווארד והמרכז הרווארד-סמיתסוניאן לאסטרופיסיקה (CfA), יתכן ולמדענים יש אמצעים חדשים לבחון את אחד החלקים המרכזיים במודל הקוסמולוגי של המפץ הגדול.
המאמר שלהם, שכותרתו "טביעות אצבעות ייחודיות לחלופות לאינפלציה בספקטרום הכוח הקדמוני", הופיע לאחרונה ברשת ונחשבת לפרסום בכתב העת מכתבי ביקורת גופנית. המחקר נערך על ידי שינגאנג חן ואברהם לוב - מרצה בכיר באוניברסיטת הרווארד והיו"ר של פרנק ד 'בירד לאסטרונומיה באוניברסיטת הרווארד, בהתאמה - וז'ונג-ג'י שיאניו, עמית פוסט-דוקטורט במחלקה לפיזיקה באוניברסיטת הרווארד.
לסיכום, בקוסמולוגיה הפיזית, תיאוריית האינפלציה הקוסמית קובעת כי בשעה 10-36 שניות לאחר המפץ הגדול, היחידות שבה התרכזו כל החומר והאנרגיה החלו להתרחב. על פי ההערכה, "אפוק אינפלציוני" זה נמשך עד 10-33 עד 10-32 שניות אחרי המפץ הגדול; לאחריה החל היקום להתפשט לאט יותר. בהתאם לתאוריה זו, ההתפשטות הראשונית של היקום הייתה מהירה יותר ממהירות האור.
התיאוריה לפיה תקופה כזאת הייתה מועילה עבור קוסמולוגים מכיוון שהיא מסייעת להסביר מדוע ביקום יש כמעט את אותם תנאים באזורים המרוחקים מאוד זה מזה. בעיקרון, אם הקוסמוס מקורו בנפח חלל זעיר שהנופח להיות גדול מכפי שאנו יכולים כיום לראות, הוא היה מסביר מדוע המבנה בקנה מידה הגדול של היקום כמעט אחיד והומוגני.
עם זאת, אין זה בשום פנים ואופן ההסברים היחידים כיצד התרחש היקום והיכולת לזייף מישהו מהם חסרה היסטורית. כפי שפרופ 'אברהם לוב אמר למגזין החלל באמצעות המייל:
"למרות שמאפיינים רבים שנצפו במבנים ביקום שלנו תואמים את תרחיש האינפלציה, ישנם כל כך הרבה מודלים של אינפלציה שקשה לזייף אותה. האינפלציה הובילה גם לרעיון הרב-ריבוי בו כל דבר שיכול לקרות יקרה מספר אינסופי של פעמים, ותאוריה כזו אי אפשר לזייף באמצעות ניסויים, שהם הסמל המסחרי של הפיזיקה המסורתית. נכון לעכשיו, ישנם תרחישים מתחרים שאינם כרוכים באינפלציה, בה היקום מתכווץ תחילה ואז מקפיץ במקום להתחיל במפץ הגדול. תרחישים אלה עשויים להתאים לצפייה הנוכחית של האינפלציה. "
לצורך המחקר, לוב ועמיתיו פיתחו דרך עצמאית של מודל להבדיל בין אינפלציה לתרחישים אלטרנטיביים. בעיקרו של דבר, הם מציעים ששדות מאסיביים ביקום הקדמוני יחוו תנודות קוונטיות ופרעות בצפיפות אשר יתעדו ישירות את סולם היקום הקדום כפונקציה של זמן - כלומר הם ישמשו כמעין "שעון סטנדרטי של היקום".
על ידי מדידת האותות שהם צופים שיבואו משדות אלה, הם משערים כי קוסמולוגים יוכלו לדעת אם וריאציות כלשהי בצפיפות נזרעה במהלך התכווצות או בשלב מתרחב של היקום המוקדם. זה יאפשר להם למעשה לשלול אלטרנטיבות לאינפלציה הקוסמית (כמו תרחיש הניתור הגדול). כפי שהסביר לוב:
"ברוב התרחישים טבעי שיש שדה מסיבי ביקום המוקדם. הפרעות בשדה המסיבי בסולם מרחב מסוים מתנודדות בזמן כמו כדור שעולה ויורד בבאר פוטנציאלית, שם המסה מכתיבה את תדירות התנודות. אולם התפתחות הפרעות תלויה גם בסולם המרחבי הנבדק, כמו גם בגורם סולם הרקע (העולה באופן אקספוננציאלי במהלך מודלים גנריים של אינפלציה אך פוחתת במודלים המתכווצים). "
הפרעות אלה, אמר לוב, יהיו המקור לכל וריאציות צפיפות שנצפו על ידי אסטרונומים במגזין החלל. כיצד ניתן לקבוע את אופן הווריאציות הללו על ידי התבוננות ביקום הרקע - ספציפית, בין אם הוא מתרחב או מתכווץ, אשר אסטרונומים יכולים להבדיל ביניהם.
"במטאפורה שלי, גורם הקנה מידה של היקום משפיע על הקצב שבו מושכים קלטת כשהשעון משאיר עליו סימני קרציות," הוסיף לוב. "האות החדש שאנו מנבאים מוטבע כיצד רמת אי האחידות ביקום משתנה בסולם המרחבי."
בקיצור, לוב וחבריו זיהו איתות פוטנציאלי שניתן למדוד באמצעות מכשירים נוכחיים. אלה כוללים את אלה שלמדו את הרקע הקוסמי של מיקרוגל (CMB) - כמו ESA פלאנק מצפה הכוכבים בחלל - ואלו שערכו סקרי גלקסיות - סקר השמיים הדיגיטליים Sloan, הטלסקופ VLT סקר, הטלסקופ שפירית וכו '.
במחקרים קודמים הוצע כי ניתן לאתר וריאציות בצפיפות ביקום הקדום על ידי חיפוש אחר עדויות לאי-גאוסים, שהם תיקונים לאומדן התפקוד הגאוסי למדידת הכמות הפיזית - במקרה זה ה- CMB. אך כלשונו של לוב, אלה טרם התגלו:
"האות התנודתי החדש נמצא בספקטרום הכוח של הפרעות בצפיפות קדמונית (שנמדד באופן שגרתי מרקע המיקרוגל הקוסמי [CMB] או סקרי גלקסיות), ואילו הצעות קודמות בספרות כללו השפעות הקשורות לאי-גאוסיות, שהן הרבה יותר מאתגר למדידה (ולא התגלה עד כה). התוצאות המוצגות במאמר שלנו הן מאוד מתוזמנות מכיוון שמאספי נתונים מורחבים נאספים על ידי תצפיות חדשות על אניסוטרופיות CMB וסקרי הגלקסיה. "
ההבנה כיצד החל היקום שלנו היא אולי השאלות היסודיות ביותר במדע ובקוסמולוגיה. אם על ידי יישום שיטה זו ניתן לשלול הסברים חלופיים לאופן בו החל היקום, הדבר יקרב אותנו צעד אחד יותר לקביעת מקורות הזמן, המרחב והחיים עצמם. השאלות "מאיפה אנחנו באים?" ו"איך הכל התחיל? " אולי סוף סוף תהיה תשובה מוחלטת!
