Signály standardních hodin prvotního vesmíru v různých teoriích. Kredit: CfA/Zhong-Zhi Xianyu, Xingang Chen, Avi Loeb.

Většina kosmologů se shodne na tom, že bezprostředně po Velkém třesku, tedy naprosto mizivý zlomek sekundy po Velkém třesku, došlo k nesmírně krátkému a nesmírně intenzivnímu nafouknutí vesmíru. Říká se tomu kosmologická inflace a vědci tímto fenoménem vysvětlují neobvyklou homogenitu dnešního vesmíru. Právě díky inflaci je vesmír, takový jaký je, tedy ve velkém měřítku homogenní a izotropní, což je samo o sobě dost překvapivé, vzhledem k fyzice Velkého třesku.

Xingang Chen. Kredit: Harvadr University.

Jenomže s kosmologickou inflací je problém. Neznáme mechanismus, který by měl takové nafouknutí vesmíru spustit, ani mechanismus, který by ho potom zastavil. Teorie inflace občas čelí kritice a musí se vyrovnávat s neshodami vůči pozorováním. A jak to v podobných případech bývá, existují i alternativní teorie, které se bez inflace obejdou. Některé z těchto alternativ počítají s tím, že existoval vesmír před Velkým třeskem, který se smršťoval až do takzvaného Velkého odrazu (Big Bounce).

Další problémem inflace, kvůli kterému ji někteří fyzici bytostně nesnášejí, je její „gumovost“. Obrazně řečeno, pochopitelně. Žádoucí vlastností vědeckých hypotéz je jejich vyvratitelnost. Jinými slovy, měly by nabídnout „tvrdé“ předpovědi, které se buď zamítnou anebo nezamítnou. Podle toho pak příslušná hypotéza obstojí. Jenomže hypotézy kolem kosmologických událostí starých miliardy let se obecně špatně vyvracejí. A kosmologická inflace navíc projevuje velkou „přizpůsobivost“ díky které se vyrovnává s novými pozorováními a objevy. Kvůli tomu je ale velmi obtížné ji zkoušet vyvracet.

Avi Loeb. Kredit: Aviloeb / Wikimedia Commons.

Jak si stěžuje slavný fyzik Avi Loeb z centra Center for Astrophysics / Harvard & Smithsonian (CfA), kosmologická inflace je v současné době ještě flexibilnější, než slečna z reklamy na půjčky. Podle Loeba je zřejmě úplně jedno, co kdo kde změří nebo pozoruje. Některý z inflačních modelů to vždycky v pohodě vysvětlí.
Ale ani inflace není všemocná. Xingang Chen, taktéž z centra CfA, a jeho kolegové, mezi nimi je i Avi Loeb, navrhli nový a slibný experimentální test pro kosmologickou inflaci. Výsledek tohoto testu by měl osvětlit záhadu toho, co bylo před Velkým třeskem. Jejich výzkum brzy zveřejní časopis Physical Review Letters, jako článek doporučený redakcí.

Chenův test se zaměřuje na vývoj velikosti původního vesmíru. Podle inflace se rozpínal, podle jiných teorií se zase před Velkým třeskem smršťoval a to buď pomaleji, nebo rychleji. Badatelé přitom využili takzvané standardní hodiny prvotního vesmíru (primordial standard clock). To jsou těžké elementární částice z prvotního vesmíru, které by měly existovat v každé z alternativních teorií a zároveň by měly oscilovat na pravidelné frekvenci, jako když tikají hodiny.

SPHEREx. Kredit: NASA / JPL.

Badatelé jsou přesvědčeni, že tikání těchto standardních hodin prvotního vesmíru se otisklo do struktury původních velmi jemných nepravidelností mladičkého vesmíru, z nichž se za miliardy let vývoje stala struktura vesmíru na těch největších měřítcích. Vtip je v tom, že různé teorie o vývoji prvotního vesmíru předpovídají různé signály zmíněných standardních hodin.

Chen a spol. spočítali, jak by měly vypadat signály standardních hodin prvotního vesmíru v neinflačních teoriích vývoje prvotního vesmíru. Zároveň doporučují, jak je hledat v pozorováních vesmíru. Pokud by se například podařilo objevit signály odpovídající smršťujícímu se vesmíru, tak by to podle autorů studie mohlo skoncovat s celou kosmologickou inflací.

Zmíněné signály mohou být objeveny v různých souborech dat, počínaje reliktním mikrovlnným zářením vesmíru, až po uspořádání galaxií ve vesmíru. S hledáním prý můžeme začít už teď, ale dostatečné množství dat by měly přinést až přístroje nové generace, jako bude americký pozemní Velký celooblohový dalekohled LSST nebo infračervené vesmírné teleskopy, jako evropský Euclid nebo americký SPHEREx.

Video:  ITC Luncheon October 29, 2015.


Literatura
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics 25. 3. 2019, arXiv:1809.02603.