Cosmic Tango zwischen den sehr kleinen und sehr großen

Während eine verkleinerte Bild des Universums sieht ziemlich einheitlich, hat es eine groß angelegte Struktur, zum Beispiel weil Galaxien und dunkle Materie sind nicht gleichmäßig im ganzen Universum verteilt. Der Ursprung dieser Struktur wurde die winzigen Inhomogenitäten in der kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) beobachtet zurückverfolgt, Strahlung, die emittiert wurde, als das Universum 380.000 Jahre jung war, dass wir heute noch sehen kann. Aber die CMB selbst hat drei rätselhafte Merkmale, die Anomalien werden betrachtet, weil sie schwierig sind mit bekannter Physik zu erklären.

„Während eine dieser Anomalien zu sehen sein kann, nicht, dass statistisch bemerkenswert Sehen Sie zwei oder mehr zusammen schlägt wir in einer außergewöhnlichen Welt leben“, sagte Donghui Jeong, Associate Professor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State und ein Autor des Papiers. „Eine aktuelle Studie in der Zeitschrift Nature Astronomie für eine dieser Anomalien eine Erklärung vorgeschlagen, die so viele zusätzliche Bedenken, gekennzeichnet sie eine‚mögliche Krise in der Kosmologie.‘ Mit Quanten Schleife Kosmologie, jedoch haben wir natürlich zwei dieser Anomalien behoben, dass potenzielle Krise zu vermeiden.“

Forschung in den letzten drei Jahrzehnten hat sich unser Verständnis des frühen Universums, darunter, wie die Inhomogenitäten in der CMB produziert wurden in erster Linie stark verbessert. Diese Inhomogenitäten sind eine Folge der unvermeidlichen Quantenfluktuationen im frühen Universum. Während einer stark beschleunigten Phase der Expansion in sehr frühen Zeiten, als die Inflation bekannt, diese Ur wurden winzige Schwankungen unter Schwerkraft Einfluss gestreckt und die beobachteten Inhomogenitäten im CMB ausgesät.

„Um zu verstehen, wie Ur-Samen entstanden ist, brauchen wir einen genaueren Blick auf das frühe Universum, wo Einstein Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie bricht“, sagte Abhay Ashtekar, Evan Pugh Professor für Physik, Inhaber des Eberly Familie Lehrstuhl für Physik und Direktor des die Penn State-Institut für Gravitations und den Kosmos. „Der Standard Inflations Paradigma basiert auf der allgemeinen Relativitätstheorie behandelt Raum-Zeit als glattes Kontinuum. Ein T-Shirt Betrachten Sie das erscheint wie eine zweidimensionale Oberfläche, aber bei genauerem Hinsehen erkennt man, dass es durch dicht gepackte eindimensionaler Fäden gewebt ist. In dieser So wird die Struktur der Raumzeit wirklich von Quantenfäden gewebt. für diese Themen im Rechnungswesen, Schleifen-Quanten Kosmologie ermöglicht es uns, über das Kontinuum durch die allgemeine Relativitätstheorie beschrieben zu gehen, wo Physik bricht Einstein nach unten, zum Beispiel über den Big Bang.“

Die Forscher vorausgegangene Untersuchung in das frühe Universum ersetzt die Idee einer Singularität Big Bang, wo das Universum aus dem Nichts entstanden, mit dem Big Bounce, wo der Strom expandierenden Universum aus einer super-komprimierte Masse entstanden, die erstellt wurde, als das Universum zusammengezogen in seine vorhergehende Phase. Sie fanden heraus, dass all die großen Strukturen des Universums berücksichtigt durch die allgemeine Relativitätstheorie werden ebenso erklärt durch die Inflation nach dieser Big Bounce Gleichungen der Schleifen-Quanten Kosmologie verwendet wird.

In der neuen Studie, die Forscher festgestellt, dass die Inflation unter Schleifenquanten Kosmologie löst auch zwei der wichtigsten Anomalien, die unter dem allgemeinen Relativitätstheorie erscheinen.

„Die Ur-Schwankungen wir reden am unglaublich kleinen Planck-Skala auftreten“, sagte Brajesh Gupt, ein Postdoc-Forscher an der Penn State zu der Zeit der Forschung und zur Zeit an dem Texas Advanced Computing Center der University of Texas in Austin. „A-Planck-Länge beträgt etwa 20 Größenordnung kleiner ist als der Radius eines Protons. Aber Korrekturen, um die Inflation in diesem unvorstellbar kleinen Maßstab erklären gleichzeitig zwei der Anomalien an den größten Skalen im Universum, in einem kosmischen Tango der sehr kleinen und die sehr groß.“

Die Forscher auch neue Prognosen über einen grundlegenden kosmologischen Parameter und Ur-Gravitationswellen erzeugt, die bei zukünftigen Satellitenmissionen getestet werden konnten, darunter LiteBird und Cosmic Origins Explorer, die unser Verständnis des frühen Universums verbessern wird.

Neben Jeong, Ashtekar und Gupt umfasst das Forschungsteam V. Sreenath am National Institute of Technology Karnataka in Surathkal, Indien. Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation, NASA, der Penn State Eberly College of Science unterstützt und das Interuniversitäre Zentrum für Astronomie und Astrophysik in Pune, Indien.

Quelle: 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>.