Kuvahyvitys: Hubble
Big Bangia tutkittavat tutkijat sanovat, että on mahdollista, että jousiteoria voidaan testata yhtenä päivänä kokeellisesti Big Bangin jälkihitsauksen mittauksilla.
Yale-yliopiston fysiikan apulaisprofessori Richard Easther keskustelee mahdollisuudesta keskiviikkona 12. toukokuuta pidettävässä kokouksessa Stanfordin yliopistossa, jonka otsikko on ”Einsteinin ulkopuolella: Isosta räjähdyksestä mustaan reikään”. Eastherin työtovereita ovat Brian Greene Columbian yliopistosta, William Kinney Buffalon yliopistosta, SUNY, Hiranya Peiris Princetonin yliopistosta ja Gary Shiu Wisconsinin yliopistosta.
Jousteoria yrittää yhdistää suuren (painovoima) ja pienen (atomi) fysiikan. Näitä kuvaavat nyt kaksi teoriaa, yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttiteoria, jotka molemmat ovat todennäköisesti epätäydellisiä.
Kriitikot ovat halvenneet jousuteorian "filosofiana", jota ei voida testata. Eastherin ja hänen kollegoidensa tulokset viittaavat kuitenkin siihen, että jousiteoriaa tukevaa havainnollista näyttöä löytyy kosmisen mikroaaltouuni-taustan (CMB) huolellisista mittauksista, joka on ensimmäinen valo, joka ilmestyi ison räjähdyksen jälkeen.
"Suuressa räjähdyksessä, maailmankaikkeuden historian voimakkaimmassa tapahtumassa, näemme energioita, joita tarvitaan jousuteorian hienojen merkkien paljastamiseksi", sanoi Easther.
Jousteoria paljastaa itsensä vain erittäin pienillä etäisyyksillä ja suurilla energioilla. Planckin asteikko on 10-35 metriä, teoreettisesti lyhin etäisyys, joka voidaan määritellä. Verrattuna pieni, 10-10 metrin poikki kulkeva vetyatomi on kymmenen biljoonaa biljoonaa kertaa leveämpi. Samoin suurimmat hiukkaskiihdyttimet tuottavat 1015 elektroni voltin energioita törmäämällä alaatomisia hiukkasia. Tämä energiataso voi paljastaa kvanttiteorian fysiikan, mutta on silti suunnilleen biljoona kertaa pienempi kuin jousiteorian testaamiseen tarvittava energia.
Tutkijoiden mukaan maailmankaikkeuden perusvoimat - painovoima (määritelty yleisen relatiivisuuden mukaan), sähkömagneetismi, “heikot” radioaktiiviset voimat ja “vahvat” ydinvoimat (kaikki kvanttiteorian määrittelemät) - yhdistyivät Ison korkean energian salamassa Bang, kun kaikki aine ja energia oli rajattu alaatomissa mittakaavassa. Vaikka iso räjähdys tapahtui melkein 14 miljardia vuotta sitten sen jälkivalon jälkeen, CMB peittää edelleen koko maailmankaikkeuden ja sisältää kivettyneen tietueen ensimmäisistä hetkeistä.
Wilkinsonin mikroaaltouuni-anisotropiakoetin (WMAP) tutkii CMB: tä ja havaitsee hienoiset lämpötilaerot tässä pääosin tasaisen säteilyn sisällä, hehkuen vain 2,73 asteessa Celsius-asteen ollessa absoluuttisen nollan yläpuolella. Yhdenmukaisuus on osoitus ”inflaatiosta”, jaksosta, jolloin maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyi nopeasti, noin 10-33 sekuntia Ison räjähdyksen jälkeen. Inflaation aikana maailmankaikkeus kasvoi atomiskaalasta kosmiseen mittakaavaan, kasvattamalla sen kokoa sata biljoonaa biljoonaa kertaa yli. Inflaatiota ohjaava energiakenttä, kuten kaikki kvanttikentät, sisälsi vaihteluita. Nämä vaihtelut, lukittuina kosmiseen mikroaaltoäänien taustaan, kuten aallot jäätyneessä lampissa, voivat sisältää todisteita jousuteoriasta.
Easther ja hänen kollegansa vertaavat nopeaa kosmista laajentumista, joka tapahtui heti Ison räjähdyksen jälkeen, valokuvan suurentamiseen yksittäisten pikselien paljastamiseksi. Vaikka fysiikka Planckin mittakaavassa teki ”aaltoilun” 10-35 metriä poikki, maailmankaikkeuden laajenemisen ansiosta heilahtelu saattaa nyt ulottua moniin valovuosiin.
Easther korosti, että on kaukaa ajatusta, että merkkijono-teoria voi jättää mitattavissa olevat vaikutukset mikroaaltoäänien taustaan muuttamalla hienovaraisesti kuumien ja kylmien kohtien rakennetta. Jousteoriaa on kuitenkin niin vaikea testata kokeellisesti, että kaikki mahdollisuudet kannattaa kokeilla. WMAP: n seuraajat, kuten CMBPol ja eurooppalainen operaatio Planck, mittaavat CMB: tä ennennäkemättömällä tarkkuudella.
Merkkijono- teoriasta johtuvat CMB: n muutokset voivat poiketa kosmisen mikroaaltotaustan lämpötilaerojen vakioennusteesta jopa 1%. Pienen poikkeaman löytäminen hallitsevasta teoriasta ei kuitenkaan ole ennakkotapausta. Esimerkiksi elohopean mitattu kiertorata poikkesi siitä, mikä Isaac Newtonin painolaki ennusti noin seitsemänkymmentä mailia vuodessa. Yleinen suhteellisuusteoria, Albert Einsteinin painovoimalaki, saattoi selittää eroavuuden, jonka avaruudessa tapahtuva hienovarainen loimi aiheuttaa Auringon painovoimasta nopeuttavan elohopean kiertoradalla.
Lisätietoja osoitteessa http://www-conf.slac.stanford.edu/einstein/ on “Einsteinin ulkopuolella” -kokouksesta.
Alkuperäinen lähde: Yalen yliopiston lehdistötiedote
