Хоть инфляционная модель раннего развития Вселенной сразу после Большого взрыва общепринята, она все же не идеальна и страдает от обоснованной критики и отсутствия прямых доказательств, а потому остается лишь в статусе научной гипотезы. Ранее астрофизики предложили способ подтверждения достоверности этой модели. Теперь же ученые уверены, что предложенный критерий, наоборот, должен опровергнуть теорию инфляции раз и навсегда.
Инфляционная модель описывает эволюцию Вселенной в первые доли секунды после Большого взрыва. Если более конкретно, то она предполагает, что в период инфляционной эпохи Вселенная чрезвычайно быстро (экспоненциально) расширялась. Эта эпоха продлилась недолго: началась где-то между 10-40 – 10-36 секунды, а закончилась через 10-33 – 10-32 секунды после Большого взрыва.
Однако за такое короткое время объем Вселенной успел увеличиться не менее чем в 1078 раз — как если бы эритроцит человека в считаные мгновения «раздуло» до размеров галактики. После окончания инфляционного периода Вселенная продолжила расширяться, но уже более медленными темпами.
«Теория инфляции была выдвинута для объяснения различных проблем тонкой настройки так называемой модели горячего Большого взрыва, — пояснил ведущий автор статьи Санни Ваньоцци (Sunny Vagnozzi), сотрудник Кембриджского института космологии Кавли и Университета Тренто. — Это также объясняет происхождение структуры в нашей Вселенной, образовавшейся в результате квантовых флуктуаций».
Предсказания инфляционной модели прекрасно согласуются с наблюдательными данными реликтового излучения (космического микроволнового фона) и крупномасштабной структуры Вселенной, что обычно рассматривается как признак успеха гипотезы и косвенное подтверждение ее достоверности. Несмотря на это, у противников теории инфляции есть ряд вопросов, главным из которых, пожалуй, стал вопрос фальсифицируемости (иначе говоря, научности) инфляционной парадигмы в целом.
Проблема в том, что на самом деле существует несколько инфляционных моделей, предсказания которых можно относительно легко «подогнать» под имеющиеся наблюдательные данные, немного доработав модель. Целью нового теоретического исследования дуэта астрофизиков из Кембриджского и Гарвардского университетов стало создание такого критерия, который смог бы опровергнуть не отдельные инфляционные модели, а парадигму инфляции в целом. Статья с подробным описанием работы опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.
В качестве такого критерия ученые неожиданно предложили наблюдение космического гравитонного фона (КГФ) — явления, аналогичного космическому микроволновому фону, но для гравитонов — гипотетических элементарных частиц, переносчиков гравитационного взаимодействия. Ранее наблюдение КГФ предлагали использовать как раз наоборот, для очередного подтверждения инфляционных моделей.
Согласно авторам работы, разделение первичных гравитонов в районе планковского времени (около 10-44 – 10-43 секунды после Большого взрыва) должно оставить после себя тепловой фон реликтовых гравитонов. Суть этого фона аналогична реликтовым фотонам и нейтрино — первым свободно распространяющимся частицам, появившимся в момент, когда Вселенная стала прозрачна для них. Однако, если инфляционная парадигма верна, то инфляция размыла бы КГФ, сделав его ненаблюдаемым.
Поэтому при уверенном обнаружении КГФ, с учетом развития методов детектирования, все модели инфляции скопом можно будет отменять. Авторы исследования утверждают, что такой тест теоретически возможен, и КГФ может быть обнаружен в будущем. Однако для этого необходим огромный прогресс в технологии создания гиротронов (электровакуумных СВЧ-генераторов) и сверхпроводящих магнитов для повышения точности приборов детекции.