Kosmiese tango tussen die baie klein en die groot

Terwyl 'n vergrote-out foto van die heelal lyk redelik uniform, dit het wel 'n grootskaalse struktuur, byvoorbeeld omdat sterrestelsels en donker materie is nie eenvormig regdeur die heelal versprei. Die oorsprong van hierdie struktuur is teruggevoer word na die klein railway systems waargeneem in die kosmiese mikrogolf-agtergrond (CMB), bestraling wat uitgestraal word wanneer die heelal was 380,000 jaar jonk dat ons nog kan sien vandag. Maar die CMB self het drie verwarrend funksies wat beskou word as afwykings, want hulle is moeilik om te verduidelik met behulp van bekende fisika.

"Terwyl hy sien dat iemand van hierdie afwykings mag nie dat statisties merkwaardig wees aangesien twee of meer saam stel ons leef in 'n uitsonderlike heelal," sê Donghui Jeong, medeprofessor van astronomie en astrofisika by Penn State en 'n skrywer van die papier. "In 'n onlangse studie in die joernaal Nature Sterrekunde voorgestelde 'n verduideliking vir een van hierdie teenstrydighede wat so baie ekstra kommer, gemerk hulle 'n" moontlike krisis in kosmologie. " Die gebruik van kwantum lus kosmologie, maar ons het natuurlik opgelos twee van hierdie afwykings, vermy dat potensiële krisis. "

Navorsing oor die afgelope drie dekades het baie verbeter ons begrip van die vroeë heelal, insluitende hoe die railway systems in die CMB geproduseer in die eerste plek. Hierdie inhomogeniteite is 'n gevolg van onvermydelike kwantum fluktuasies in die vroeë heelal. Tydens 'n hoogs versnelde fase van uitbreiding teen 'n baie vroeë tye, bekend as inflasie, was hierdie primordiale, minuscule skommelinge gerek onder invloed swaartekrag en ontpit die waargenome railway systems in die CMB.

"Om te verstaan ​​hoe primordiale sade ontstaan, moet ons 'n nader kyk na die vroeë heelal, waar Einstein se teorie van algemene relatiwiteit breek," sê Abhay Ashtekar, Evan Pugh Professor van Fisika, houer van die Eberly Familie Leerstoel in fisika, en direkteur van die Penn State Instituut vir Gravitasie en die kosmos. "Die standaard inflasionêre paradigma gebaseer op algemene relatiwiteit lekkernye ruimte tyd en wyl 'n gladde kontinuum. Dink aan 'n hemp wat verskyn soos 'n twee-dimensionele oppervlak, maar by nadere inspeksie kan jy sien dat dit is geweef deur dig verpak eendimensionele gesprekke. In hierdie Sodoende word die stof van ruimte tyd regtig geweef deur kwantum drade. In rekeningkunde vir hierdie drade, lus kwantum kosmologie stel ons in staat om te gaan buite die deur algemene relatiwiteit kontinuum waar Einstein se fisika breek, byvoorbeeld as die Oerknal. "

Die navorsers se vorige ondersoek na die vroeë heelal vervang die idee van 'n Big Bang singulariteit, waar die heelal het ontstaan ​​uit niks, met die Big Bounce, waar die huidige brei heelal het ontstaan ​​uit 'n super saamgeperste massa wat geskep is toe die heelal gekontrakteer in sy voorafgaande fase. Hulle het bevind dat al die grootskaalse strukture van die heelal verklaar deur algemene relatiwiteit ewe word verduidelik deur inflasie ná hierdie Big Bounce met behulp van vergelykings van lus kwantum kosmologie.

In die nuwe studie het die navorsers bevind dat inflasie onder lus kwantum kosmologie ook besluit twee van die groot teenstrydighede wat onder algemene relatiwiteit verskyn.

"Die primordiale skommelinge ons oor praat voorkom by die ongelooflike klein Planck skaal," sê Brajesh Gupt, 'n nadoktorale navorser by Penn State ten tyde van die ondersoek en op die oomblik by die Texas Advanced Computing Centre van die Universiteit van Texas in Austin. " 'N Planck lengte is sowat 20 ordes kleiner as die radius van 'n proton. Maar regstellings om inflasie op hierdie onvoorstelbaar klein skaal gelyktydig verduidelik twee van die ongerymdhede by die grootste skale in die heelal, in 'n kosmiese tango van die baie klein en die baie groot. "

Die navorsers het ook nuwe voorspellings oor 'n fundamentele kosmologiese parameter en primordiale gravitasiegolwe wat getoets kan tydens toekoms satelliet missies, insluitend LiteBird en kosmiese oorsprong Explorer, wat sal voortgaan om ons begrip van die vroeë heelal.

In bykomend tot Jeong, Ashtekar, en Gupt, die ondersoek span sluit V. Sreenath by die Nasionale Instituut van Tegnologie Karnataka in Surathkal, Indië. Hierdie werk is deur die National Science Foundation, NASA, die Penn State Eberly Kollege vir Wetenskap, en die Inter-University Centre for Sterrekunde en Astrofisika in Pune, Indië.

bron: Penn State. "Cosmic tango between the very small and the very large: Theory of loop quantum cosmology describes how tiny primordial features account for anomalies at the largest scales of the universe." ScienceDaily. ScienceDaily, 29 July 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200729205012.htm>.