Η περίπτωση του "μικρού" σύμπαντος, εάν επαληθευτούν οι θεωρίες χορδών και η μη αναγκαιότητα του πρώιμου κοσμικού πληθωρισμού!

Το πιο μακρινό φως που μπορούμε να δούμε είναι το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB), το οποίο χρειάστηκε γύρω στα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει σε εμάς. Αυτό σηματοδοτεί την άκρη του παρατηρήσιμου σύμπαντος και ενώ μπορεί να δείχνει ότι το σύμπαν έχει μια διάμετρο περίπου 27 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, χάρη στην κοσμική διαστολή υπολογίζεται τώρα πιο κοντά στα 46,5 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Το γιατί συμβαίνει αυτό, μπορείτε να το διαβάσετε εδώ. Σε κάθε περίπτωση, μιλάμε για κάτι πολύ μεγάλο! Όμως το θέμα δεν έχει λήξει, αν και οι περισσότεροι δέχονται επί του παρόντος τις παραπάνω τιμές.

Πολλοί κοσμολόγοι πιστεύουν ότι το σύμπαν είναι πολύ μεγαλύτερο ακόμα και από αυτό το μέγεθος. Αρκετοί πιστεύουν ότι αυτό που μπορούμε να δούμε είναι ένα μικρό μέρος μιας αφάνταστα απέραντης, αν όχι άπειρης δημιουργίας. Ωστόσο, μια νέα εργασία που δημοσιεύτηκε στον διακομιστή προδημοσιεύσεων arXiv υποστηρίζει ότι το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι κυρίως ό,τι υπάρχει. Με άλλα λόγια, σε κοσμική κλίμακα, το σύμπαν είναι αρκετά μικρό!

Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους οι κοσμολόγοι πιστεύουν ότι το σύμπαν είναι πολύ μεγαλύτερο από ότι μπορούμε να δούμε και να υπολογίσουμε. Ένας λόγος είναι η κατανομή των σμηνών γαλαξιών. Εάν το σύμπαν δεν εκτεινόταν πέρα από αυτό που βλέπουμε, οι πιο μακρινοί γαλαξίες θα έπρεπε να υφίστανται μια βαρυτική έλξη με κατεύθυνση προς το εσωτερικό του σύμπαντος, οδηγώντας σε ασυμμετρίες στην κατανομή τους. Δεδομένου ότι οι γαλαξίες συγκεντρώνονται περίπου ομοιόμορφα σε όλο το ορατό σύμπαν, με άλλα λόγια το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι ομοιογενές και ισότροπο, κάνει πολλούς να υποπτεύονται ότι υπάρχει ακόμα πολύς χώρος πολύ πιο πέρα από όσο είναι δυνατό να δούμε.

Ένα δεύτερο σημείο είναι ότι ο χωροχρόνος δείχνει επίπεδος. Αν ο χωροχρόνος δεν ήταν επίπεδος, η άποψή μας για τους μακρινούς γαλαξίες θα παραμορφωνόταν, κάνοντάς τους να φαίνονται πολύ μεγαλύτεροι ή μικρότεροι από ό,τι είναι στην πραγματικότητα. Οι μακρινοί γαλαξίες φαίνονται ελαφρώς μεγαλύτεροι λόγω της κοσμικής διαστολής, αλλά όχι τόσο που να συνεπάγεται μια μετρήσιμη καμπυλότητα στο χωροχρόνο. Με βάση τα όρια των παρατηρήσεών μας, η επιπεδότητα του Κόσμου υποδηλώνει ότι είναι τουλάχιστον 400 φορές μεγαλύτερος από το παρατηρήσιμο σύμπαν ώστε να δικαιολογείται και η διαστολή του, ενώ αν είχε όριο τις αποστάσεις που έχουν υπολογισθεί, τότε η καμπυλότητα θα ήταν εμφανής.

Έπειτα, υπάρχει το γεγονός ότι το κοσμικό φόντο μικροκυμάτων είναι σχεδόν ένα τέλειο μαύρο σώμα. Υπάρχουν μικρές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία του, αλλά είναι πολύ πιο ομοιόμορφο από όσο θα έπρεπε. Για να εξηγηθεί αυτό, οι αστρονόμοι έχουν προτείνει μια περίοδο τεράστιας επέκτασης αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, γνωστή ως πρώιμος κοσμικός πληθωρισμός. Δεν υπάρχει καμία άμεση απόδειξη για αυτό, αλλά το θεωρητικό αυτό μοντέλο λύνει τόσα πολλά κοσμολογικά προβλήματα που έχει γίνει ευρέως αποδεκτό. Εάν το μοντέλο είναι ακριβές, τότε το σύμπαν θα πρέπει να είναι της τάξης των 10²⁶ φορές μεγαλύτερο από το παρατηρήσιμο σύμπαν.

Δεδομένων λοιπόν όλων αυτών των θεωρητικών και παρατηρησιακών στοιχείων, πώς θα μπορούσε κάποιος να υποστηρίξει ότι το σύμπαν είναι μικρό; Έχει να κάνει με τη θεωρία χορδών και τους «βάλτους». Αν και η θεωρία χορδών παρουσιάζεται συχνά ως φυσική θεωρία, είναι στην πραγματικότητα μια συλλογή μαθηματικών μεθόδων. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη πολύπλοκων φυσικών μοντέλων, αλλά μπορεί επίσης να είναι απλώς μαθηματικά χωρίς πρακτική εφαρμογή στη φύση. Ένα από τα προβλήματα της σύνδεσης των μαθηματικών της θεωρίας χορδών με τα φυσικά μοντέλα είναι ότι τα αποτελέσματα θα ήταν ορατά μόνο στις πιο ακραίες καταστάσεις και δεν υπάρχουν αρκετά δεδομένα παρατήρησης για να επιβεβαιωθεί αυτό. Ωστόσο, ορισμένα μοντέλα θεωρίας χορδών φαίνονται πολύ πιο υποσχόμενα από άλλα. Για παράδειγμα, ορισμένα μοντέλα είναι συμβατά με την κβαντική βαρύτητα και άλλα όχι.

Οι θεωρητικοί ορίζουν «βάλτο» ένα σύνολο θεωριών που δεν είναι ελπιδοφόρες. Όταν διαχωριστούν τα πολλά υποσχόμενα θεωρητικά μοντέλα από τους «βάλτους», αυτό που μένει είναι θεωρίες όπου ο πρώιμος κοσμικός πληθωρισμός δεν αποτελεί αναγκαστική επιλογή. Τα περισσότερα από τα πληθωριστικά μοντέλα της θεωρίας χορδών βρίσκονται στο «βαλτότοπο». Αυτό κάνει πολλούς να αναρωτιούνται εάν θα μπορούσε να κατασκευασθεί ένα μοντέλο κοσμολογίας που να ταιριάζει με την παρατήρηση αλλά χωρίς πρώιμο πληθωρισμό. Αυτό κάνει η νέα μελέτη. Ένας τρόπος για να ξεπεραστεί η αναγκαιότητα του πρώιμου κοσμικού πληθωρισμό είναι να εξετασθούν δομές υψηλότερων διαστάσεων. Η κλασική γενική σχετικότητα βασίζεται σε τέσσερις φυσικές διαστάσεις, τρεις του χώρου και μία του χρόνου, ή 3+1. Μαθηματικά θα μπορούσαμε να φανταστούμε ένα σύμπαν 3+2 ή 4+1.

Αυτή είναι μια κοινή προσέγγιση στη θεωρία χορδών, καθώς δεν περιορίζεται στην τυπική δομή της γενικής σχετικότητας. Οι συγγραφείς της μελέτης αποδεικνύουν ότι κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, θα μπορούσε να δημιουργηθεί μια δομή υψηλότερης διάστασης που να ταιριάζει με την παρατήρηση. Με βάση τα μοντέλα τους, το σύμπαν μπορεί να είναι μόνο εκατό ή χίλιες φορές μεγαλύτερο από το παρατηρούμενο σύμπαν. Ακόμα πολύ μεγάλο, αλλά ασήμαντο σε σύγκριση με τα μοντέλα πρώιμου πληθωρισμού.

Όλα αυτά είναι αρκετά συζητήσιμα, αλλά το ίδιο είναι και ο πρώιμος κοσμικός πληθωρισμός. Εάν ο πρώιμος κοσμικός πληθωρισμός πράγματι συνέβη, θα πρέπει να είμαστε σε θέση να παρατηρήσουμε την επίδρασή του μέσω βαρυτικών κυμάτων στο εγγύς μέλλον. Εάν αυτό αποτύχει, ίσως αξίζει να εξετάσουμε πιο προσεκτικά τα μοντέλα θεωρίας χορδών ώστε να απαλλαχθούμε από το θεωρητικό τέλμα.

ΠΗΓΗ: https://phys.org/news/2023-09-case-small-universe.html?utm_source=nwletter&utm_medium=email&utm_campaign=daily-nwletter

ΕΙΚΟΝΑ: Credit: Caroline Davis2010. (CC BY 2.0).

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ: Γιατί το Σύμπαν μετά την Μεγάλη Έκρηξη δεν κατέρρευσε σε μια γιγαντιαία μαύρη τρύπα;