Menurut model kosmologi Big Bang, Alam Semesta kita bermula 13.8 bilion tahun yang lalu ketika semua jirim dan tenaga di alam semesta mulai berkembang. Periode “inflasi kosmik” ini diyakini sebagai struktur struktur Semesta berskala besar dan mengapa ruang dan Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB) nampaknya seragam pada semua arah.
Namun, hingga kini, belum ada bukti yang dapat membuktikan yang dapat membuktikan senario inflasi kosmik atau mengesampingkan teori alternatif. Tetapi berkat kajian baru oleh pasukan astronomi dari Universiti Harvard dan Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian (CfA), saintis mungkin mempunyai kaedah baru untuk menguji salah satu bahagian penting dari model kosmologi Big Bang.
Makalah mereka, yang berjudul "Sidik Jari Unik Alternatif untuk Inflasi dalam Spektrum Kekuatan Primordial", baru-baru ini muncul dalam talian dan sedang dipertimbangkan untuk diterbitkan di Huruf Kajian Fizikal. Kajian ini dilakukan oleh Xingang Chen dan Abraham Loeb - seorang pensyarah kanan di Universiti Harvard dan Pengerusi Astronomi Frank D. Baird di Universiti Harvard, masing-masing - dan Zhong-Zhi Xianyu, rakan pasca doktoral dengan Jabatan Fizik di Universiti Harvard.
Sebagai rangkuman, dalam kosmologi fizikal, teori inflasi kosmik menyatakan bahawa pada 10-36 beberapa saat selepas Big Bang, keunikan di mana semua bahan dan tenaga tertumpu mula berkembang. "Inflasi Epoch" ini dipercayai berlangsung hingga 10-33 hingga 10-32 beberapa saat selepas Big Bang; selepas itu, Alam Semesta mula berkembang dengan lebih perlahan. Sesuai dengan teori ini, pengembangan awal Alam Semesta lebih cepat daripada kelajuan cahaya.
Teori bahawa wujudnya zaman ini berguna bagi ahli kosmologi kerana ini membantu menjelaskan mengapa Alam Semesta mempunyai keadaan yang hampir sama di kawasan yang sangat jauh antara satu sama lain. Pada dasarnya, jika kosmos berasal dari sejumlah kecil ruang yang melambung menjadi lebih besar daripada yang dapat kita amati sekarang, ini akan menjelaskan mengapa struktur alam semesta berskala besar hampir seragam dan homogen.
Namun, ini bukanlah satu-satunya penjelasan tentang bagaimana alam semesta ini wujud, dan kemampuan untuk memalsukan salah satu daripadanya secara historis kurang. Seperti kata Profesor Abraham Loeb kepada Space Magazine melalui e-mel:
"Walaupun banyak sifat struktur di alam semesta yang kita ketahui sesuai dengan senario inflasi, terdapat begitu banyak model inflasi sehingga sukar untuk memalsukannya. Inflasi juga menyebabkan gagasan multiverse di mana apa pun yang boleh berlaku akan terjadi berkali-kali, dan teori seperti itu tidak mungkin dipalsukan melalui eksperimen, yang merupakan tanda dagang fizik tradisional. Pada masa ini, ada senario bersaing yang tidak melibatkan inflasi, di mana alam semesta mula-mula berkontraksi dan kemudian melantun dan bukannya bermula di Big Bang. Senario ini dapat menandingi inflasi yang dapat dilihat sekarang. "
Demi kajian mereka, Loeb dan rakan-rakannya mengembangkan cara bebas model untuk membezakan inflasi dari senario alternatif. Pada dasarnya, mereka mencadangkan bahawa bidang besar di alam semesta primordial akan mengalami turun naik kuantum dan gangguan kepadatan yang secara langsung akan mencatat skala Alam Semesta awal sebagai fungsi masa - iaitu mereka akan bertindak sebagai semacam "jam standard Alam Semesta".
Dengan mengukur isyarat yang mereka ramalkan akan datang dari ladang-ladang ini, mereka membuat hipotesis bahawa ahli kosmologi akan dapat mengetahui apakah ada variasi ketumpatan yang disusun semasa kontrak atau fasa pengembangan Alam Semesta awal. Ini akan membolehkan mereka menolak alternatif inflasi kosmik (seperti senario Big Bounce). Seperti yang dijelaskan oleh Loeb:
“Dalam kebanyakan senario, wajar untuk memiliki bidang besar di alam semesta awal. Gangguan di medan besar pada skala spasial tertentu berayun pada waktunya seperti bola naik dan turun di sumur berpotensi, di mana jisim menentukan frekuensi ayunan. Tetapi evolusi gangguan juga bergantung pada skala spasial yang dipertimbangkan dan juga faktor skala latar belakang (yang meningkat secara eksponensial semasa model inflasi generik tetapi penurunan pada model kontrak). "
Gangguan ini, kata Loeb, akan menjadi sumber variasi kepadatan yang diperhatikan oleh para astronom di Space Magazine. Bagaimana variasi ini dibentuk dapat ditentukan dengan mengamati latar belakang alam semesta - khususnya, sama ada ia berkembang atau berkontrak, yang dapat dibezakan oleh para astronom.
"Dalam metafora saya, faktor skala alam semesta mempengaruhi kadar pita ditarik ketika jam meninggalkan tanda centang di atasnya," tambah Loeb. "Isyarat baru yang kami ramalkan dicantumkan pada bagaimana tahap ketidakseragaman di alam semesta berubah dengan skala spasial."
Ringkasnya, Loeb dan rakan-rakannya mengenal pasti isyarat berpotensi yang dapat diukur menggunakan instrumen semasa. Ini termasuk mereka yang telah mempelajari Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB) - seperti ESA Planck observatorium ruang angkasa - dan mereka yang telah melakukan tinjauan galaksi - Sloan Digital Sky Survey, Teleskop Tinjauan VLT, teleskop Dragonfly, dll.
Dalam kajian sebelumnya, telah disarankan bahawa variasi kepadatan di Alam Semesta primordial dapat dikesan dengan mencari bukti bukan Gaussianities, yang merupakan pembetulan untuk perkiraan fungsi Gauss untuk pengukuran kuantiti fizikal - dalam hal ini, CMB. Tetapi seperti yang dikatakan Loeb, ini masih belum dapat dikesan:
"Isyarat osilasi baru berada dalam spektrum kekuatan gangguan kepadatan primordial (yang diukur secara rutin dari latar belakang gelombang mikro kosmik [CMB] atau tinjauan galaksi), sedangkan cadangan sebelumnya dalam literatur melibatkan kesan yang berkaitan dengan bukan Gaussianities, yang jauh lebih banyak mencabar untuk mengukur (dan belum dapat dikesan). Hasil yang disajikan dalam makalah kami sangat tepat waktu kerana set data yang diperluas dikumpulkan oleh pemerhatian baru mengenai anisotropik CMB dan tinjauan galaksi. "
Memahami bagaimana Alam Semesta kita bermula mungkin merupakan persoalan paling asas dalam sains dan kosmologi. Sekiranya dengan menerapkan kaedah ini, penjelasan alternatif bagaimana Alam Semesta bermula dapat dikesampingkan, ini akan membawa kita selangkah lebih dekat untuk menentukan asal-usul masa, ruang, dan kehidupan itu sendiri. Soalan "dari mana kita datang?" dan "bagaimana semuanya bermula?" akhirnya dapat jawapan pasti!
