Amerikaanse wetenschappers beschreven met behulp van wiskundige hulpmiddelen de inhomogeniteiten van de kosmische achtergrondstraling die ontstond direct na het ontstaan van het heelal. De auteurs zijn van mening dat hun resultaten de juistheid van de Big Bounce-hypothese bevestigen, volgens welke de opkomst van ons universum het resultaat was van het uiteenvallen van een of ander "vorig" universum. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Hoewel Einsteins algemene relativiteitstheorie een breed scala aan astrofysische en kosmologische verschijnselen verklaart, blijven sommige eigenschappen van het universum een mysterie. In het bijzonder kan het de ongelijke verdeling van sterrenstelsels en donkere materie in de ruimte niet verklaren.
Sinds de jaren tachtig hebben onderzoekers van Penn State University een kosmologisch paradigma ontwikkeld dat is gebaseerd op het concept van lusquantumzwaartekracht. Dit paradigma, luskwantumkosmologie genaamd, beschrijft alle moderne grote structuren in het heelal als kwantumfluctuaties van ruimte-tijd die plaatsvonden bij de geboorte van de wereld.
Volgens de algemeen aanvaarde theorie van de oerknal begon het allemaal met een singulariteit - een toestand waarin alle materie en energie tot één punt werden samengeperst. Toen, in de eerste fractie van een seconde, tijdens een periode die inflatie wordt genoemd, zwol de kosmos op tot enorme proporties. Maar de Big Bang-theorie legt niet uit wat er vóór de singulariteit gebeurde, dus deze toestand kan niet worden beschreven in termen van de wetten van de natuurkunde en wiskunde.
Wetenschappers van de Pennsylvania State University houden zich aan de alternatieve Big Bounce-hypothese, volgens welke het huidige uitdijende universum is ontstaan uit de supergecomprimeerde massa van het universum van de vorige fase. Om deze toestand te beschrijven, gebruiken ze een universeel wiskundig apparaat dat kwantummechanica en relativiteitstheorie combineert.
De auteurs traceren de oorsprong van de structuur van het heelal tot de kleinste inhomogeniteiten die zijn opgetekend tegen de achtergrond van kosmische straling met microgolven, die werd uitgezonden toen het heelal nog maar 380.000 jaar oud was.
Maar deze straling zelf heeft drie mysterieuze anomalieën die moeilijk te verklaren zijn met de klassieke fysica. Deze afwijkingen zijn zo ernstig dat veel natuurkundigen begonnen te praten over een crisis in de kosmologie.
In een nieuwe studie beweren wetenschappers dat, vanuit het perspectief van een lus-kwantumkosmologie, het beschrijven van inflatie twee belangrijke anomalieën in de CMB-verdeling elimineert.
Promotie video:
"Met behulp van kwantumluskosmologie hebben we natuurlijk twee van deze anomalieën opgelost en een mogelijke crisis vermeden", zei co-auteur Donghui Jeong, universitair hoofddocent bij de afdeling Astronomie en Astrofysica, in een universitair persbericht. "De aanwezigheid van deze anomalieën suggereert dat we in een uitzonderlijk universum leven."
De auteurs zijn van mening dat de inhomogeniteiten van de CMB het resultaat zijn van onvermijdelijke kwantumfluctuaties in het vroege heelal. Tijdens de versnelde fase van expansie - inflatie - werden deze aanvankelijk kleine fluctuaties uitgerekt door de zwaartekracht, weerspiegeld in de waargenomen onregelmatigheden.
"Het standaard inflatoire paradigma, gebaseerd op de algemene relativiteitstheorie, beschouwt ruimtetijd als een soepel continuüm", zei de eerste auteur van het artikel, professor Abhay Ashtekar, directeur van het Pennsylvania Institute of Gravity and Space. - De stof van het shirt ziet er ook uit als een tweedimensionaal oppervlak, maar bij nader inzien kun je zien dat het geweven is van dicht opeengepakte eendimensionale draden. Op dezelfde manier worden kwantumdraden geweven in het weefsel van ruimte-tijd. Gezien deze aspecten stelt de lus-kwantumkosmologie ons in staat verder te gaan dan het continuüm dat wordt beschreven door de algemene relativiteitstheorie."
Wetenschappers hopen dat nieuwe satellietmissies zoals LiteBIRD en Cosmic Origins Explorer, gericht op het detecteren van sporen van primaire zwaartekrachtgolven tegen de achtergrond van de CMB, hun bevindingen zullen bevestigen.
