Після Великого вибуху наш всесвіт розширювався з експоненціальною швидкістю. Згідно з цією теорією, відомою як космічна інфляція, вибуховий ріст спричинив крихітні квантові флуктуації, які згодом перетворилися на галактики. Космічна інфляція чітко пояснює, як наш всесвіт став таким великим і здебільшого однорідним, і саме тому вона залишається сильною теорією в космології протягом десятиліть.
Але вона далека від досконалості. Космічна інфляція залежить від певних теоретичних припущень, які можуть бути досить довільними – не ідеальними для теорії, яка має пояснити, чому наш всесвіт виглядає саме так. Саме цей недолік спонукав фізика-теоретика Рауля Хіменеса з Барселонського університету в Іспанії розробити альтернативний підхід до розшифрування динаміки раннього Всесвіту. Його пропозиція, опублікована раніше цього місяця в журналі Physical Review Research, спрямована на усунення надмірних, непрямих параметрів у традиційних моделях, які заважали фізикам дійти згоди щодо єдиної теорії.
Пропозиція, розроблена Хіменесом та його колегами, являє собою відносно просту парадигму, засновану переважно на добре зрозумілих принципах квантової механіки і загальної теорії відносності. Вона починається з припущення, що дуже ранній всесвіт існував у так званому просторі де Сіттера, який розглядає всесвіт як плаский вакуум, що керується загальною теорією відносності. Згідно з квантовою механікою, застосування певної енергії до цього простору – а саме Великий вибух – породжує квантові флуктуації, які призводять до виникнення тензорних мод, або гравітаційних хвиль. Ці хвилі органічно засіяли невеликі ділянки густини по всьому всесвіту, і ці маленькі ділянки, згідно з теорією, з часом перетворилися на галактики, зірки та планети.
Критики традиційної інфляційної теорії стверджують, що вона має занадто багато регульованих параметрів. Одним з таких параметрів є інфляція – гіпотетичні скалярні поля, які, на думку фізиків, спричиняли швидке розширення в ранньому Всесвіті. Але нова теорія прибирає інфляцію з картини, замінюючи її простором де Сіттера, що розгойдується гравітаційними хвилями.
Те, що нова теорія усуває багато регульованих параметрів, є великим бонусом. “Не існує загального принципу, який визначає ці речі, тому в основному вам потрібно вводити їх вручну”, – пояснив Артур Косовський, космолог з Пітсбурзького університету, який не брав участі в новій роботі, в електронному листі на адресу Gizmodo. “Фізики завжди прагнуть створювати моделі і теорії, які в певному сенсі є максимально простими, а це означає, що кількість довільних речей, які потрібно вводити вручну, є якомога меншою”.
В ідеальному світі надійна теорія або модель не повинна вимагати так багато змінних, які можна регулювати. Подібна проблема існує і з всеохоплюючою Стандартною моделлю, яка має 18 вільних параметрів, які потрібно щоразу впорядковувати. Фізики “витрачають багато крові, поту і сліз (і грошей), тому що більшість людей переконані, що має існувати краща, потужніша модель, яка має два-три параметри замість 18”, – каже Косовський.
І справді, пошук простого, переконливого пояснення ранньої космічної інфляції – це те, що мотивувало нову роботу, розповів Хіменес під час відеодзвінка на Gizmodo. Сила цієї теорії полягає в тому, що вона “повністю фальсифікована” в тому сенсі, що вона або може, або не може пояснити дані спостережень, сказав він. Однак, це також і слабкість теорії, яку визнав Хіменес: “Можливо, природа не обрала цю теорію як спосіб, за допомогою якого все працює”.
Звичайно, найцінніше в теоріях, які можна фальсифікувати, це те, що вони говорять нам про те, що не працює, додав він. (Хоча це може здатися схематичним, фізики часто використовують щось схоже на процес виключення для невідомих явищ, таких як темна матерія). Щодо нещодавно запропонованої Хіменесом теорії, справедливо запитати, чи буде вона відповідати даним спостережень і чи витримає подальшу математичну перевірку.
