Nachweis des Universums Inflation lauert in neuen Daten

Am Anfang gab es nichts — füllen und leere zu äußern. Null-Energie und Null Angelegenheit.

Und dann, dieses nichts, das Universum entstand. Klein, aber sehr dicht und voller Energie. Und dann, in einem winzigen Bruchteil einer Sekunde, wuchs es schnell in der Größe – überhöhten — um mindestens einen Faktor von 10raised 25. anzutreiben.

Diese Theorie, bekannt als Inflation, ist derzeit die dominierende Erklärung für die Geschehnisse nach dem Urknall und für das Universum entstand die Art und Weise, was, die es heute ist. Aber obwohl viele Wissenschaftler jetzt glauben, dass Inflation tatsächlich stattgefunden hat, sie noch nicht wissen wie oder warum es begann und wie es gestoppt. Und bisher keine solide experimentelle Beweise für diese beschleunigte Expansion wurde nicht. [8 verblüffende Geheimnisse der Astronomie]

Die Wissenschaftler hoffen, dass in ein paar Monaten sie beginnen könnte, das Rätsel zu lüften, wenn sie den nächsten Satz von Daten aus der Planck-Satellit untersuchen. Seit 2009 hat das Radioteleskop, ausgeführt von europäischen Space Agency (ESA), das älteste Licht im Universum aufgezeichnet.

Bekannt als die kosmischen Mikrowelle Hintergrund (CMB), wird dieses fossilen Licht des Urknalls Nachglühen bezeichnet. Es wird angenommen, erschienen nach der Inflationsperiode einige 380.000 Jahre nachdem das Universum geboren wurde, begann neutrale Atomen bilden, und Raum für Licht durchlässig geworden.

Wenn der erste Satz von Planck Daten im März 2013 veröffentlicht wurde, fühlte sich das "Inflationists" und "Anti-Inflationists" bestätigt.

Anhänger der Theorie sagte der Planck Ergebnisse angedeutet perfekt wie Inflation gearbeitet haben könnte. Kritiker, argumentiert jedoch, dass die Inflation Modelle einfach optimiert wurden, um die Daten passen, ohne wirklich zu erklären.

Alle Planck Daten deuten darauf hin, dass das Universum "bemerkenswert einfach," sagte Astrophysicst Anna Ijjas der Harvard University. Die gleichen Daten, unterstützt jedoch nur Inflation-Modelle, die sehr kompliziert sind, und sie sagte: "nur Arbeit für viel eingeschränkteren Anfangsbedingungen."

Kleine Ursache, große Wirkung?

Die Wissenschaftler hoffen, dass die nächste Gruppe von Planck Daten zeigen kann, ob Inflation eine plausible Erklärung für die Form des heutigen Universums ist. Und Anhänger der Universum Inflation Theorie sagen, dass es sein könnte, dass die Samen des heutigen Universums in der Quantenphysik zu finden.

Wissenschaftler wissen bereits, wurde sowohl von Planck und früheren Beobachtungen, dass CMB winzige Dichteschwankungen, zeigt die riesige in den nächsten 13,7 Milliarden Jahren, als das Universum erweitert. [Aus dem Urknall bis heute in 10 einfachen Schritten]

Diese klassische Dichteschwankungen entstand vermutlich im kleinen, spontanen Quanten-Fluktuationen in der Raumzeit-Metrik unmittelbar nach dem Urknall, sagte theoretischen Physiker Daniel Baumann von der Universität Cambridge. "Wir glauben, dass Inflation erstreckte sich diese kleinen Quantenfluktuationen in [der] klassische Dichteschwankungen im heutigen Universum beobachtet."

Seit diese klassischen Schwankungen direkt nach Inflation bedeutet, dass sie bereits dort waren, als die CMB entstand. Und genau diese Dichteschwankungen, die die Samen von Sternen und Galaxien wurden.

Synchron

Die Schwingungen im CMB gefunden bieten ein weiterer Zeiger in Richtung Inflation. Wenn die CMB begann zu "Glühen", war die Quantenfluktuationen bereits klassischen Dichte Wellen geworden.

Der erste Satz von Planck Raumschiff Ergebnisse bestätigt nicht nur diese Schwankungen, es zeigte auch, dass sie über große Entfernungen korreliert sind: alle Wellen mit einer Wellenlänge scheinen miteinander synchron oszillierende werden.

"Diese Kohärenz ist etwas, das sehr natürlich Inflation erklärt", sagte Baumann." Es ist bei weitem die auffälligste Beobachtung, die wir gemacht haben. "Es ist sehr verlockend."

Eines der verblüffendsten Ergebnisse aller CMB-Messungen, obwohl, sagte die Einheitlichkeit der fossilen Licht Temperatur variiert von weniger als 0,0003 Grad Celsius.There sind nur zwei Möglichkeiten, dass das Universum so gleichmäßige Temperaturen erreicht haben könnte, Baumann.

In einem nicht-inflationäres Modell hätte zu wilden Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Teilen des Universums, die dann im Laufe der Zeit, Gleichgewicht, wie verschiedene Objekte in einem Haus erreichen "Raumtemperatur." erreicht haben würde

Das Universum ist aber zu jung, um Gleichgewicht über solche großen Regionen des Weltraums zu erklären. Oder um es anders auszudrücken: das Universum ist größer als die maximale Distanz (Horizont genannt) an dem Licht oder Störungen in der Big Bang primordialen Plasma haben einander betroffen könnte. Also, haben in einem scheinbaren Paradox weit entfernten Teilen des Universums die gleiche Temperatur und Dichte, auch wenn sie "einander nicht kontaktiert haben können". [Geschichte und Struktur des Universums (Infografik Galerie)]

Inflation, sagt Baumann, bietet eine bessere Lösung: alle Materie zunächst hatte die gleiche Temperatur und dann plötzlich zerrissen in beschleunigtem Tempo. So, jetzt gibt es winzige Temperaturschwankungen zwischen Objekten, weil sie alle am gleichen Ort und mit der gleichen Temperatur brachen.

"Es ist wie die Suche nach zwei Tassen Kaffee [sehr weit voneinander entfernt] mit genau der gleichen Temperatur,", sagte Baumann. "Wenn sie noch nie nah genug, um Wärme zu tauschen, gibt es keinen Grund für sie, die gleiche Temperatur haben."

In ein Analogon zu der Theorie der Inflation wäre beide Tassen "produziert von der gleichen Kaffeemaschine zur gleichen Zeit, und Inflation nimmt die Kaffeetassen und trennt sie schneller als die Lichtgeschwindigkeit."

Gravitationswellen

Studium der CMB extrem schwachen Lichts wurde im gesamten heikel, aber auch voller wissenschaftlicher versprechen. Und zwar deshalb, weil die Quantenfluktuationen zu Beginn des Universums auch Gravitationswellen, schwer fassbaren und bisher theoretischen Wellen in der Raumzeit, die von Einstein vorhergesagten ausgelöst haben soll.

Würden sie gefunden und festgestellt, dass die CMB Schwankungen zugeordnet werden, könnten sie extrem starken Unterstützung der Inflation. "Sehen Gravitationswellen ein Smoking Gun für das Modell Inflation wäre", sagte Baumann.

Der Beweis ist komplex, aber es hängt von subtilen Variationen in der Polarisierung der Lichtwellen von CMB. Es gibt zwei Arten der Polarisation Variationen, genannt E- und B-Modus. Diese beschreiben die Drehung oder Drehung der Polarisation, und es ist diese Variante, die Physiker hoffen Inflation gewichtige belegen wird.

Nach Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie die CMB B-Modus Polarisation wegen der großen Energien beteiligt, die Dehnung der Raumzeit während der Inflation, zeigen würde, sagte Ijjas.

Wenn die CMB Licht in der Tat so verdreht, Inflation eine ausgezeichnete Erklärung bieten würde, weil "ein hochenergetischer Mechanismus Raumzeit auf dramatische Weise, schütteln würde, dass wir seine Stärke feststellen konnten, durch die Messung der Amplitude von Gravitationswellen, die es produziert,", sagte Ijjas.

Baumann, sagt, dass Gravitationswellen sogar Wissenschaftler, die auf Alternativen zur Inflation überzeugen können zu akzeptieren das Modell arbeiten.

"B-Modi zu sehen wäre gib uns eine Menge Selbstvertrauen, die Inflation passiert ist und das wir alle kamen aus Quantenfluktuationen."

Ijjas vereinbart. "Die wichtigste Tendenz [] bisher komplizierte inflationären Modelle mit vielen Parametern zu entwerfen, die den Planck-Daten übereinstimmen," sagte sie. "Erkennen oder nicht erkennen die Gravitationswelle Signal ist ein entscheidender Test, der entweder zu verbessern oder bei Inflation Schaden."

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