Američtí vědci pomocí matematických nástrojů popsali nehomogenity kosmického reliktního záření, k němuž došlo bezprostředně po vzniku vesmíru. (Foto: NASA)

Autoři se domnívají, že jejich výsledky potvrzují správnost hypotézy Velkého třesku, podle níž byl vznik našeho vesmíru výsledkem rozpadu jakéhosi „předchozího“ vesmíru. Výsledky jsou publikovány v časopise Physical Review Letters.

Einsteinova teorie obecné relativity vysvětluje širokou škálu astrofyzikálních a kosmologických jevů, ale některé vlastnosti vesmíru zůstávají záhadou. Například nemůže vysvětlit nerovnoměrné rozložení galaxií a temné hmoty v prostoru.

Od 80. let 20. století vyvíjejí vědci z Pensylvánské státní univerzity kosmologické paradigma založené na konceptu smyčkové kvantové gravitace. Toto paradigma, nazývané smyčková kvantová kosmologie, popisuje všechny současné velké struktury ve vesmíru jako kvantové fluktuace v časoprostoru, k nimž došlo při vzniku světa.

Podle obecně přijímané teorie Velkého třesku to vše začalo jedinečností – stavem, v němž byla veškerá hmota a energie stlačena do jednoho bodu. Poté, v prvním zlomku vteřiny, během období zvaného inflace, se prostor zvětšil do obrovských rozměrů. Teorie Velkého třesku však nevysvětluje, co se stalo před singularitou, a proto tento stav nelze popsat z hlediska fyzikálních a matematických zákonů.

Vědci z Pensylvánské státní univerzity se drží alternativní hypotézy Velkého třesku, podle níž současný expandující vesmír vznikl ze superstlačené hmoty vesmíru předchozí fáze. K popisu tohoto stavu používají univerzální matematický přístroj, který kombinuje kvantovou mechaniku a teorii relativity.

Výjimečný vesmír

Autoři sledují původ struktury vesmíru do nejmenších nehomogenit zaznamenaných na pozadí mikrovlnného reliktního kosmického záření, které bylo vysíláno, když bylo vesmíru pouhých 380 tisíc let.

Toto záření samotné má však tři záhadné anomálie, které je těžké vysvětlit pomocí klasické fyziky. Tyto odchylky jsou tak závažné, že mnoho fyziků začalo hovořit o krizi v kosmologii.

V novém výzkumu vědci dokazují, že z pohledu smyčkové kvantové kosmologie popis inflace vylučuje dvě hlavní anomálie ve vysílání reliktního záření.

„Pomocí kvantové smyčkové kosmologie jsme přirozeným způsobem vyřešili dvě z těchto anomálií, což umožňuje vyhnout se možné krizi,“ uvádí univerzitní tisková zpráva slova Donghuia Jeonga, jednoho z autorů výzkumu a docenta na katedře astronomie a astrofyziky. „Přítomnost těchto anomálií svědčí o tom, že žijeme ve výjimečném vesmíru.“

Autoři se domnívají, že nehomogenity reliktního záření jsou výsledkem nevyhnutelných kvantových fluktuací v raném vesmíru. Během zrychlené fáze expanze – inflace byly tyto původně malé výkyvy roztahovány působením gravitace, což se projevovalo pozorovanou různorodostí.

„Standardní inflační paradigma, založené na obecné relativitě, považuje časoprostor za plynulé kontinuum,“ říká první autor studie, profesor Abhay Ashtekar, ředitel Institutu pro gravitaci a vesmír při Pensylvánské státní univerzitě. „Látka košile také vypadá jako dvourozměrný povrch, ale při bližším pohledu můžete vidět, že je tkaná z hustě zabalených jednorozměrných vláken. Stejným způsobem jsou kvantové nitě tkané do struktury časoprostoru. Vzhledem k těmto vláknům nám smyčková kvantová kosmologie dovoluje vyjít za hranice kontinua popsaného obecnou teorií relativity.“

Vědci doufají, že nové družicové mise, jako jsou LiteBIRD a Cosmic Origins Explorer, zaměřené na odhalování stop primárních gravitačních vln na pozadí reliktního záření, potvrdí jejich závěry.

Zdroj:  journals.aps.org