Кредит зображення: Хаббл
Вчені, що вивчають Великий вибух, стверджують, що можливо, що теорія струн одного дня може бути експериментально перевірена шляхом вимірювань післясвічення Великого вибуху.
Річард Істер, доцент фізики Єльського університету, обговорить можливість на зустрічі в Стенфордському університеті в середу, 12 травня, під назвою «Поза Ейнштейном: від великого вибуху до чорних дір». Колеги Істера - Брайан Грін з Колумбійського університету, Вільям Кінні з Університету Буффало, SUNY, Хіранія Пейріс з Принстонського університету та Гері Шиу з Університету Вісконсіна.
Теорія струн намагається об'єднати фізику великого (гравітація) і малого (атом). Зараз вони описані двома теоріями, загальною теорією відносності та квантовою теорією, які, ймовірно, будуть неповними.
Критики знехтували теорією струн як "філософією", яку неможливо перевірити. Однак результати Істер та його колег припускають, що спостережливі докази, що підтверджують теорію струн, можуть бути знайдені при ретельних вимірюваннях космічного мікрохвильового фону (CMB), першого світла, що з'явився після Великого вибуху.
"У Великому вибуху, найпотужнішій події в історії Всесвіту, ми бачимо енергію, необхідну для виявлення тонких ознак теорії струн", - сказав Істер.
Теорія струн розкривається лише на екстремальних малих відстанях і при великих енергіях. Шкала Планка вимірює 10-35 метрів, найкоротша теоретична відстань, яку можна визначити. Для порівняння, крихітний атом водню, шириною 10-10 метрів, у десять трильйонів трильйонів разів більший. Аналогічно, найбільші прискорювачі частинок генерують енергію 1015 вольт електронів шляхом зіткнення субатомних частинок. Цей енергетичний рівень може виявити фізику квантової теорії, але все ще приблизно в трильйон разів нижчий за енергію, необхідну для перевірки теорії струн.
Вчені стверджують, що основні сили Всесвіту - гравітація (визначена загальною відносністю), електромагнетизм, "слабкі" радіоактивні сили та "сильні" ядерні сили (все визначено квантовою теорією) - об'єдналися у високоенергетичний спалах Великого Вибух, коли вся матерія та енергія були обмежені в межах атомного масштабу. Незважаючи на те, що Великий вибух відбувся майже 14 мільярдів років тому його післясвічення, CMB, як і раніше, покриває весь Всесвіт і містить скам’янілий запис перших моментів часу.
Мікрохвильовий анізотропічний зонд Вілкінсона (WMAP) вивчає КМВ і виявляє незначні температурні перепади в межах цього значною мірою рівномірного випромінювання, світячись лише на 2,73 градуса Цельсія вище абсолютного нуля. Однорідність є свідченням "інфляції", періоду, коли розширення Всесвіту швидко прискорювалося, приблизно за 10-33 секунд після Великого вибуху. Під час інфляції Всесвіт виросла від атомного масштабу до космічного масштабу, збільшивши його розмір у сто трильйонів трильйонів разів. Енергетичне поле, яке рухало інфляцію, як і всі квантові поля, містило коливання. Ці коливання, зафіксовані в космічному мікрохвильовому фоні, як хвилі на замерзлому ставку, можуть містити докази теорії струн.
Істер та його колеги порівнюють швидке космічне розширення, яке відбулося одразу після Великого вибуху, із збільшенням фотографії для виявлення окремих пікселів. У той час як фізика за шкалою Планка робила «пульсацію» в межах 10-35 метрів, завдяки розширенню Всесвіту коливання може тривати багато світлових років.
Істер підкреслив, що давно зрозуміло, що теорія струн може залишити вимірний вплив на мікрохвильовому фоні, тонко змінивши модель гарячих та холодних плям. Однак теорію струн настільки важко перевірити експериментально, що будь-який шанс варто спробувати. Наступники WMAP, такі як CMBPol та європейська місія Planck, вимірюватимуть CMB з безпрецедентною точністю.
Модифікації CMB, що випливають з теорії струн, можуть відхилитися від стандартного прогнозу різниць температур на космічному мікрохвильовому фоні на цілих 1%. Однак пошук невеликого відхилення від домінуючої теорії не є без прецеденту. Наприклад, вимірювана орбіта Меркурія відрізнялася від передбаченої законом тяжкості Ісаака Ньютона приблизно на сімдесят миль на рік. Загальна відносність, закон тяжкості Альберта Ейнштейна, може пояснювати розбіжність, спричинену тонкою деформацією в космічному часі від гравітації Сонця, що прискорює орбіту Меркурія.
Для отримання додаткової інформації про зустріч "Поза Ейнштейном" зверніться до http://www-conf.slac.stanford.edu/einstein/.
Оригінальне джерело: Новини випуску Єльського університету
