Kosminės infliacijos teorija – agonijoje. O kas dabar?

Infliacijos teoriją ištiko agonija. Tie patys rezultatai, šiais metais šlovinti, kaip akivaizdžiai demonstruojantys infliacinio Visatos modelio pasekmes – ir taip nurodantys multiVisatos egzistavimą – dabar, regis, daro diametraliai priešingą dalyką. Jei rezultatais apskritai galima pasitikėti, jie dabar rodo, kad infliacija yra neteisinga ir iškelia ciklinės Visatos, egzistavusios prieš Didįjį Sprogimą (DS), tikimybę.

Kovą eksperimentatoriai pranešė apie atrastas pirmykštes gravitacines bangas. BICEP2 Teleskopo Antarktidoje komanda užfiksavo iškalbingus Kosminio mikrobangų fono (KMF) – seniausios Visatoje atsiradusios šviesos liekanų – poliarizacijos pokrypius ir posūkius.

Fizikai manė, kad atradimas yra preliminarus infliacijos patvirtinimas: minties, kad trumputėlaitę akimirksnio dalį po DS Visata plėtėsi labai greitai. Ši teorija, plačiausiai naudojama kosmologinė idėja po DS, paaiškina daug paslapčių, tarp kurių ir keistas Visatos plokštumas bei itin tolygus jos pasiskirstymas, t.y. homogeniškumas.

Bet labai greitai BICEP2 atradimais sudvejota, kai paaiškėjo, kad poliarizacinį vaizdą galėjo sukelti kosminės dulkės. Kosmologai laukė, kol kosminis „Planck: teleskopas parodys, ar dulkės iš tiesų galėjo sukurti tokį raštą, ir praėjusią savaitę paskelbti preliminarūs rezultatai rodo, kad dulkės išties tai galėjo nuveikti.

Bet šią savaitę teoretikų komanda nusprendė išanalizuoti poliarizacinį raštą nuodugniau ir paklausti: jeigu tai sukėlė ne vien dulkės, ką konkrečiai jis sako apie infliaciją?

Užuot tiesiog žiūrėję į poliarizaciją ir siekę nustatyti, ar jos rodo gravitacinių bangų egzistavimą, Davidas Parkinsonas Kvynslendo universitete Australijoje su kolegomis nusprendė pažvelgti į tariamųjų gravitacinių bangų prigimtį ir išsiaiškinti, ar tai tokios bangos, kurias numato infliacija. Ne, ne tokios.

Priešingai, nei iš pradžių sakė BICEP2 komanda, D. Parkinsono analizė rodo, kad iš tiesų BICEP2 rezultatai atmeta bet kokią protingą infliacijos teorijos formą.

Atmesta – galbūt

Daugumai infliacinių modelių reikia, kad į Visatą žvelgiant vis didesniu masteliu, matytųsi vis didesnės ir didesnės gravitacinės bangos. Kosmologai tai vadina „gravitacinės bangos spektru“.

Nėra visiškai neįmanoma, kad infliaciniai modeliai atitiktų BICEP2 rezultatus, jei atliktume „išties sudėtingus“ dalykus su matematika, sako Katherine Mack, astrofizikos teoretikė iš Melburno universiteto Australijoje. Bet tokie dalykai sugriautų vadinamąjį infliacinio tolygumo santykį, sako ji, o tai yra „kai kas, iš esmės laikomo infliacijos pagrindu“. Infliacijos tolygumo santykis sieja pirmykščių gravitacinių bangų amplitudę su materijos pasiskirstymu Visatoje.

Alanas Guthas, Masačusetso technologijų instituto (JAV) fizikas, infliacijos koncepcijos pionierius, sako, kad naujoji analizė įtikinama, bet ne tokia įtikinama, kad jis būtų pasirengęs atmesti tikimybę, kad BICEP2 užfiksavo infliacijos signalą. D. Parkinsono ir kolegų darbas „iš tiesų neigia signalo aptikimą“, sako jis, „bet aš galutinį sprendimą atidėsiu, kol bus paskelbta jungtinė analizė.“

A. Guthas mano, kad dar gali būti paprastus infliacijos modelius remiantis signalas. Ir pabrėžia, kad jei signalas išties yra dėl dulkių, tai dar nėra įrodymas prieš infliaciją, kadangi dauguma infliacinių modeli numato daug silpnesnį signalą, kurio aptikimui reikėtų darbuotis daugiau. „Jei BICEP2 nematė gravitacinių bangų [įrodymų], tada atmetami tik tam tikri infliaciniai modeliai, tuo tarpu pati infliacijos koncepcija išlieka visiškai sveika.“

Nobelio premijos laureatas Brianas Schmidtas Australijos Nacionalinio universiteto Kanberoje, kritikavęs infliacijos teoriją, sako tikintis, jog tolesnė analizė patvirtins, jog gravitacinės bangos apskritai nebuvo stebėtos. „Bet antra vertus, jei pasirodys, kad BICEP2 teisus, tai bus jaudinama,“ sako B. Schmidtas. „Ir tai potencialiai sugriauna standartinę infliaciją, taigi, tikrinama infliacija ir parodoma, kad ji neteisi.“

Paulas Steinhardtas iš Prinstono universiteto (JAV), padėjęs kurti infliacijos teoriją, bet dabar jos besikratantis, sako, jog tai gali būti smūgis teorijai, bet jis yra menkniekis, lyginant su kitomis infliacijos problemomis.

Sutikite multivisatą

P. Steinhardtas sako, jog idėja apie kokias nors infliacijos teorijos aptikti prognozes – netgi BICEP2 tikrintas – remiasi paprasčiausiai neteisingu teorijos supaprastinimu.

„Gilesnė problema, kad kartą prasidėjusi, infliacija nesibaigia, kaip numato šie supaprastinti skaičiavimai,“ įsitikinęs jis. „Vietoje to, dėl kvantinės fizikos ji skyla į multivisatą, kur Visata subyra į begalybę gabalėlių. Šių gabalėlių visuma apima visas įmanomas savybes. O tai reiškia, kad nėra jokios prasmės klausti ką numato infliacija, nes ji numato viską. Jei tai fiziškai įmanoma, tada kur nors multivisatoje tai vyksta.“

P. Steinhardtas sako, kad infliacijos tikslas buvo paaiškinti itin paprastą Visatą. „Taigi, norėdami paaiškinti tokį paprastą dalyką, mažiausiai mums reikėjo galimybių multivisatos tokio paprasto dalyko paaiškinimui,“ sako jis. „Manau, tai kuo aiškiausiai rodo, jog turėtume sugebėti tai suprasti, o kai suprasime, tai pasirodys itin paprastas ir gaIingas modelis. Manėme, kad tai infliacija – tačiau tai ne ji.“

Šokinėjanti Visata

P. Steinhardtui labiau patinka naujesnės teorijos, kuriose Visatos suvienodinimui infliacijos nereikia. Užuot rėmęsis infliacija, turėjusia sukurti dideles gravitacines bangas mikrobangų fone, P. Steinhardtas kelia mintį, kad Visata egzistavo ir prieš DS, ir pamažu susitraukė į Didįjį Suspaudimą, po to vėl atšoko ir plėtėsi. Jis mano, kad taip galima būtų paaiškinti Visatos vienodumą ir be multivisatų. Gravitacinių bangų neradimas ateityje bus šios teorijos įrodymų pradžia, sako jis. Vystomos kitos išmatuojamos prognozės, tačiau tai yra santykinai nauja teorija, tad dar reikia su ja padirbėti.

B. Schmidtas taip pat į infliaciją žiūri kritiškai, bet yra labiau ambivalentiškas. „Visai gali būti, kad infliacija reiškia multivisatą, bet taip pat sakyčiau, kad niekada nesu tikras, ką galime numatyti ir ko ne. Galiausiai, galbūt yra dalykų kuriuos sunku žinoti – kaip multivisata. Galbūt mus gaubia neužtikrintumo šydas. O gal ne – mums labai, labai gerai sekasi sugalvoti dalykus, apie kuriuos niekad anksčiau nesusimąstėme.“

Kitas žingsnis yra pažiūrėti, ką „Planck“ duomenys – pasirodysiantys kitą mėnesį – sako apie tikslią kosminių dulkių prigimtį. BICEP2 darbuojantis vietoje ir ruošiant dar kelis naujus instrumentus, visi „New Scientist“ kalbinti kosmologai sakė, kad tai jaudinantis laikas.