Še o inflacijski teoriji vesolja in odkritju gravitacijskih valov, ki ima tudi nasprotnike

Če si dovolimo na svet pogledati z izrazito antropocentričnimi očmi - kakor da bi mogli s kakšnimi drugačnimi! - ima vesolje dva velika problema. Kakor kažejo se naše meritve, je vesolje ravno, torej evklidsko, in ne sferično ali sedlasto. Z drugimi besedami, njegova ukrivljenost je enaka nič v okviru merske napake. Po drugi strani pa je vesolje zelo homogeno in povprečno, namesto da bi bili različni deli različnih temperatur in gostot. Kar se vesolja tiče, to nista nobena problema - takšno pač je. Predstavlja pa to problem za našo teorijo velikega poka, ki šteje takšne rezultate kot skrajno neverjetne.

Vesolje je veliko. Trenutno ocenjujemo, da so najbolj oddaljeni objekti v vesolju 46 milijard svetlobnih let oddaljeni od nas (kar ne glede na starost vesolja, ki je 13,8 milijard let, ni protislovje, ker se od nas ne odmikajo samo objekti ampak vmes nastaja prazen prostor). Če pogledamo trenutno hitrost širjenja vesolja in čas zavrtimo nazaj, potem v času velikega poka vesolje še zdaleč ni skoncentrirano v eni točki, ampak je bistveno večje. Vesolje je torej glede na hitrost širjenja bistveno preveliko, kar nakazuje na zelo hitro širjenje v rani mladosti.

Isto stvar lahko pogledamo tudi z drugimi očmi: zakaj ima vesolje enako temperaturo? Spet je treba to izjavo razumeti v kontekstu, ker je popolnoma jasno, da je v Ljubljani drugačna temperatura kakor na severnem tečaju in na Zemlji drugačna kakor na Soncu. Toda povprečna temperatura ali pa temperatura mikrovalovnega sevanja ozadja je zelo konstantna v celotnem vesolju. V vsakdanjem življenju si predstavljamo, da se temperatura slej ali prej izenači, a vesolje je preveliko, da bi se njegova temperatura že izenačila. Ker lahko informacija potuje le s svetlobno hitrostjo, je velika neznanka, da imajo deli vesolja, ki so z drugimi šele sedaj prišli v komunikacijski stik, že enako temperaturo.

Druga lastnost, ki je ne znamo razložiti, je dolgočasnost vesolja. Pričakovali bi, da vesolje ne bo evklidsko ravno, ker je možnosti za ukrivljeno vesolje neprimerno več, za ravno pa le ena. Definiramo jo lahko kot razmerje med dejansko masno gostoto in kritično gostoto (omega), ki ne odloča le o obliki vesolja, ampak tudi ali se bo v neskončnost širilo, ali se bo začelo krčiti ali pa bo obstalo vmes. Trenutne meritve kažejo, da je omega med 0,2 in 2 - kar je neverjetno ozek razpon in sumljivo blizu 1. Prav tako preseneča enakomerna razporeditev snovi v vesolju, ki je na veliki skali izjemno uniformna (pustimo ob strani lokalne zgostitve, kot so galaksije - tudi te so razporejene enakomerno). Pričakovali bi bolj naključno sestavo.

Inflacijska teorija pojasni ta naključja, ko predpostavi izredno hitro širjenje vesolja v prvem drobcu sekunde po velikem poku. Med 10^-36 in 10^-32 sekunde naj bi se vesolje povečalo vsaj za faktor 10⁷⁸. V zgodnjem vesolju, ki je lahko bilo tudi zelo majhno, tako se je imelo čas temperaturo uravnotežiti, je vladal nepravi vakuum (false vacuum). Njegova posledica bi bila izredno hitro napihovanje vesolja in izravnava ukrivljenosti v evklidsko ravnost. Mimogrede inflacija reši še problem magnetnih monopolov, ki jih teorija velikega poka napoveduje, a jih kljub izrednim poizkusom ne najdemo niti ne zmoremo ustvariti - nastali so pred inflacijo, ki jih je razredčila do nerazpoznavno nizkih koncentracij!

Toda ker nas takrat ni bilo tu, da bi to inflacijo doživeli, jo moramo dokazati s posrednimi meritvami. Pred tednom dni smo pisali o odkritju polarizacije mikrovalovnega ozadja in zakaj to dokazuje gravitacijske valove, ki kažejo na pravilnost inflacijske teorije. Danes smo si ogledali, zakaj inflacijsko teorijo sploh potrebujemo.

Znanost pa sestavlja tudi velikansko pokopališče idej in teorij, ki so se izkazale za nepravilne. Tja poizkusimo spraviti vsako novo teorijo in le tiste, ki to strahovito preizkušnjo prestanejo, postanejo veljavne. Zato ni presenetljivo, da smo hitro dobili znanstveni članek, v katerem nekaj znanstvenikov izpodbija trditev, da meritve polarizacije mikrovalovnega sevanja ozadja dokazujejo inflacijo. Strinjajo se, da meritve dokazujejo obstoj gravitacijskih valov. Toda zgodilo bi se lahko, da bi bili ti posledica dogajanja po inflaciji, kar ne dokazuje, da je inflacija dejansko obstajala. Kolaboracija BICEP2, ki je objavila članek prejšnji teden, je izčrpala vse možnosti, kako bi lahko gravitacijski valovi nastali in zaključila, da so morali nastati med inflacijo, zato njihovo odkritje dokazuje njen obstoj. Novi članek pa trdi, da so posledica urejanja vesolja na različnih predelih. Ko se je vesolje ohlajalo in so se elektromagnetna, šibka in močna sila ločile, se to verjetno ni zgodilo hkrati v vseh predelih vesolja. Ko so se ti deli potem iznihali v uravnoteženje, je bil to intenziven proces, ki je sprožil gravitacijske valove, ki smo jih sedaj zaznali.

Kdo ima prav? Težko je reči. Znanost pač deluje tako, da nove meritve terjajo nove teorije, ki jih potem ena stran zagovarja, druga pa poizkuša podreti. Na koncu bomo dobili pravilni odgovor. Sicer pa - leta 1922 je neznani ruski meteorolog Alexander Friedmann objavil znanstveni članek, da se vesolji širi. Einstein je bil pet let pred tem objavil, da je vesolje statično in kasneje Friedmannu odgovoril z izračunom, da razširjajoče vesolje krši zakon o ohranitvi energije. Slabo leto pozneje je Einstein priznal, da se je motil.