На 17 март 2014 г. астрономите обявиха историческо откритие. След като остави дълбок отпечатък в реликтното лъчение, което прониква в цялата Вселена и е създадено в зората на времето, гравитационните вълни са под пряко наблюдение, което ни дава възможност да разгледаме самата природа на инфлационния период, който предполага бърз растеж на нашата Вселена веднага след Големия взрив.
Търсенето на допълнителни данни в полза на теорията за космическата инфлация трябваше да бъде достатъчно откритие, но фактът, че астрономите вече разполагат с доказателства в полза на съществуването на гравитационни вълни, правят този ден на Св. Патрик специален ден за космологията.
Картина на „детската“ вселена. Картата показва WMAP микровълнови фонови температури. Горещи точки - червено и студено - синьо.
И така, какво е гравитационните вълни? Те могат да бъдат представени като вълни в пространството-време, които генерират масивни движения на движението през пространството. Представете си, че сте хвърлили топката в басейна. Вълните, създадени от удрянето на топката срещу водата, ще се разпространят от точката на удара в различни посоки. Гравитационните вълни действат по същия начин, но за разлика от вълните на повърхността на водата, гравитационните вълни се разпространяват със скоростта на светлината през триизмерното пространство. Уравнението на теорията на общата относителност от Алберт Айнщайн предсказва тяхното съществуване. Освен това имаше и някои непреки наблюдения на гравитационните вълни, които изхвърлят орбиталната енергия от двоичните звездни системи. Тъй като ние сме пространствено-времеви обекти, ние също трябва да можем да откриваме тяхното присъствие, докато те преминават през местното пространство-време. Многомилионни експерименти, като например лазерния интерферометър на гравитационните вълни на обсерваторията (LIGO) в Луизиана и Вашингтон, бяха построени, за да открият директно гравитационните вълни, разпространяващи се през Земята. Тяхното откритие обаче досега се оказа нечувано илюзорно.
Теория за големия взрив: Сингулярността е отправна точка, последвана от експанзия.
Космическият микровълнов фон или CMB е известен артефакт на голям взрив. Представлявайки “Ехо” за създаването на Вселената, тези малки температурни колебания, които се наблюдават на най-отдалечения край на видимата Вселена, бяха изследвани с помощта на космически телескопи като НАСА Уилкинсън Микровълнова анизотропна проба (WMAP) и Планк обсерватория в Европа. Тези обсерватории специално измерват малки температурни смущения (известни като анизотропии) в CMB и изучават информация за условията непосредствено след Големия взрив и дори могат да открият възрастта на Вселената. Бързият инфлационен период предполага, че нашата Вселена се е увеличила един милиард трилиона пъти за част от секундата. Удивително е, че това е всяко нарушение на квантовата големина, което съществуваше по това време, раздуто за една нощ, а астрономите приемат, че тези малки структури могат да се наблюдават днес под формата на огромни гравитационни смущения. Но преди да се използва проектът BICEP2, учените предположиха, че тези вълни са твърде слаби, за да бъдат открити. Оказва се, че те са сгрешили.
Възможни опции за края на Вселената
„Беше как да се намери игла в купа сено, но вместо това намерихме скрап“, казва офицерът по проекта BICEP2 Клем Прике от Университета на Минесота.
"Последствията от тази находка са невероятни", каза координаторът на проекта Джейми Бок, физик от Калифорнийския технологичен институт и лабораторията за реактивни двигатели (JPL). - Измерваме сигнала, който идва от незапомнени времена.
Разположен в сухите атмосферни условия на Антарктида, BICEP2 има много ясна представа за пространството. Устройството има способността да измерва поляризацията на слаб сигнал от фоновото лъчение. На Земята слънчевата светлина може да се поляризира, ако се отразява от огледало или когато се филтрира с поляризирани слънчеви очила (като по този начин се намалява отблясъците). Радиацията от древното реликтно излъчване също може да стане поляризирана, а гравитационните вълни да могат да манипулират поляризацията на падащото лъчение. Специфичният вид поляризация, известен като “B-поляризационен режим”, е това, което BICEP2 търсеше и сега, с висока степен на сигурност, астрономите са го открили.
“Вихърът на поляризацията в B-режим е уникален подпис на гравитационните вълни”, казва Чао-Линг Гуо, един от ръководителите на проекта от Станфордския университет и Националната лаборатория за ускорители.
Днешното изявление се изтъква като "откритието на века" и въпреки че двата документа, които бяха публикувани днес, ще бъдат отпечатани, е безопасно да се каже, че астрономите "удариха окото на бика". Тези резултати не само потвърждават теорията за космическата инфлация и показват наличието на гравитационни вълни, те могат да бъдат свързани с един от най-трудните проблеми в съвременната квантова физика, а именно, каква роля играе гравитацията в квантовия свят.
