Uusi paradigma selittää kaiken alkua

Penn State yliopiston tutkijoiden kehittämä uusi paradigma selittää universumin varhaisia vaiheita. Kvanttikehäkosmologian (loop quantum cosmology) avulla tutkijat ovat voineet ulottaa analyysiään kauemmaksi menneisyyteen kuin koskaan ennen - aina alkuun asti. Tutkimus julkaistaan Physical Review Letters-tiedelehdessä.


Uusi paradigma osoittaa ensimmäistä kertaa, että nykyuniversumin suuren mittakaavan rakenteen kehittyivät aika-avaruuden kvanttifluktuaatioista, jotka olivat olemassa universumin alusta lähtien yli 14 miljardia vuotta sitten. Sen avulla on mahdollista myös verrata kilpailevia kosmologisia teorioita uusiin havaintoihin, joita odotetaan uuden sukupolven teleskoopeilta.

"Meitä ihmisiä on aina kiinnostanut tietää enemmän maailmankaikkeuden alkuperästä ja kehityksestä," vanhempi tutkija Abhay Astekar sanoo. "Elämme tutkimusryhmässämme on hyvin jännittäviä aikoja, kun uuden paradigman avulla alamme ymmärttää yksityiskohtaisemmin aineen ja tilan dynamiikkaa universumin varhaisimmissa vaiheissa aina alusta lähtien." Muut tutkimukseen osallistuneet ovat tohtoritutkijat Ivan Agullo ja William Nelson.

Paradigma tarjoaa käsitteellisen ja matemaattisen viitekehyksen eksoottisen kvanttimekaanisen aika-avaruusgeometrian kuvaukseen universumin varhaisvaiheessa. Sen mukaan maailmankaikkeus oli alussa puristunut niin tiheäksi, että sen käyttäytymistä ei hallinnut Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria, vaan vielä perustavampaa laatua oleva teoria, joka sisältää outoa kvanttimekaanista dynamiikkaa. Tällaisessa kummallisessa kvanttimaailmassa voidaan puhua vain todennäköisyyksistä ja sen aikakäsityskin on erilainen.

Vielä ei ole olemassa havaintoja maailmankaikkeudesta ajalta, jota uusi paradigma kuvaa. Varhaisin havainto on kosminen mikroaaltotaustasäteily, joka on peräisin inflaation jälkeiseltä ajalta eli 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

"Inflaatiomalli kuvaa hyvin havaintoja kosmisesta mikroaaltotaustasäteilystä, mutta se on kuitenkin epätäydellinen. Se lähtee ajatuksesta, että maailmankaikkeus syntyi alkuräjähdyksessä tyhjästä ja tämä johtuu inflaatiomalliin sisältyvän yleisen suhteellisuusteorian kyvyttömyydestä kuvata äärimmäisiä kvanttimekaanisia olosuhteita, " Agullo kertoo. "Tarvitsemme gravitaation kvanttiteorian, kuten kvanttikehäkosmologian, jotta voimme laajentaa kuvaustamme Einsteinin teorialla tavavoittamattomaan fysiikkaan universumin alussa."

Aikaisemmassa työssään Ashtekarin ryhmä päivitti alkuräjähdysparadigmaa (Big Bang) alkuhypyllä (Big Bounce), jonka mukaan maailmankaikkeus ei syntynyt tyhjästä, vaan kokoonpuristuneesta aineesta, jolla on saattanut olla oma historiansa.

Tutkijat havaitsivat, että kvanttikehäkosmologian mukaan kvanttifluktuaatiot alkuhypyn hetkellä voivat kehittyä tiheysvaihteluiksi, jotka havaitsemme nyt mikroaaltotaustasäteilyssä. Näiden tiheysvaihteluiden uskotaan tarjonneen siemenen galaksien ja galaksijoukkojen kehittymiseen.

"Työmme osoittaa, että universumin alun olosuhteet johtivat suuren mittakaavan rakenteiden kehitykseen maailmankaikkeudessa," Ashtekar sanoo.

"Tämä tutkimus ulottaa universumin rakenteen synnyn inflaation takaiseen aikaan aina alkuhyppyyn asti," Nelson toteaa.

Olemmeko nyt siis viisaampia? Alkuräjähdysmallin mukaan olemassaolo sai alkunsa tyhjästä ilman mitään syytä. Alkuhyppymallin mukaan meidän olemassaolomme on saanut alkunsa aineesta, joka on ollut olemassa ennen meitä. Onko tämäkin aine saanut alkunsa tyhjästä ilman mitään syytä?


Lähde:

http://science.psu.edu/news-and-events/2012-news/Ashtekar11-2012