Vitatják az inflációs elmélet bizonyítékait

Már egy hete lázban ég a tudományos közélet, amióta bejelentették, hogy a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ csillagászai megtalálták a bizonyítékot a kozmikus inflációra. Arra a másodperc töredéke alatt lezajlott eseményre, amikor a világegyetem hirtelen exponenciálisan tágulni kezdett, és legalább kilencven alkalommal megkétszerezte méretét.

A kutatócsoport a Déli-sarkon a BICEP2 rádióteleszkóppal a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást vizsgálva fedezett fel egy ősi fényjelet. Feltételezik, hogy ez még az ősrobbanás idejéből származhat. Ezek azok a gravitációs hullámok, amelyek az univerzum keletkezése után nagyon kevés idővel jöttek létre. A tanulmánynak a jelentősége nem csupán ezeknek a gravitációs hullámoknak a felfedezésében rejlik, hanem annak következményében, a kozmikus infláció bizonyításában.

Alig hangzottak el az első gratulációk, elméleti fizikusok máris elkezdték megkérdőjelezni az eredményeket. Abban mindenki egyetért, hogy az adatok fontos bizonyítékot mutatnak a gravitációs hullámokról.

A kérdés, hogy ezek a hullámok az infláció után keletkeztek-e, vagy korábban.

Ha a felfúvódás után keletkeztek, akkor semmilyen bizonyítékot nem adnak arra, hogy a világegyetem valóban olyan gyorsan inflálódott.

Ahhoz, hogy megmagyarázzuk, mi a fizikusok kifogása, meg kell értenünk, pontosan miről szól a most kiadott tanulmány.

Az asztrofizikusok egyik legnagyobb kihívása megmagyarázni, hogy miért ekkora a világegyetem, amilyet most látunk. Az elmúlt majdnem 14 milliárd évben túl lassú volt a tágulás ahhoz, hogy elérje mostani nagyságát. Ha visszafelé megyünk az időben, a mostani tágulást alapul véve, nem érünk el a kezdetekhez, az eltérés elég nagy ahhoz, hogy valamilyen hibát sejtsünk az elméletben.

Ennek a feloldására vezették elő az inflációs elméletet, amely azt mondja, hogy közvetlenül az ősrobbanás után az univerzum hirtelen exponenciálisan tágulni kezdett. A fizikusok elfogadható magyarázatnak találták ezt az elméletet, de egészen mostanáig nem találtak rá bizonyítékot. Ilyen messzire azért nem lehet visszatekinteni, mert akkoriban a fény még nem utazott keresztül az univerzumon, csak később vált láthatóvá a világegyetem.

Van azonban egy másik módszer arra, hogy visszatekintsünk az időben, ez pedig a téridő fodrozódása. Az úgynevezett gravitációs hullámok olyan szélsőséges eseményeknél keletkeznek, mint például fekete lyukak vagy neutroncsillagok összeütközése. Olyan hullámokat keltenek ezek a kozmikus események, mintha egy követ dobnánk egy tó vizébe.

A korai univerzumban lévő turbulencia még az infláció előtt okozott ilyen gravitációs hullámokat. Az elmélet a következő: ha tényleg volt kozmikus infláció, vagyis a világegyetem ilyen mértékben tágult, akkor ezeknek a hullámoknak is drámaian tágulni kellett. Így amikor megjelent a látható fény a fiatal univerzumban, ezek a hullámok nyomot hagytak a kozmikus háttérsugárzásban. Ez a háttérsugárzás mindenhol jelen van, ebben találták meg a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ kutatói a legősibb gravitációs hullámok nyomait. A mostani felfedezés alapjául szolgáló megfigyelések kulcsa a háttérsugárzás polarizációja.

Felmerül azonban egy komoly kérdés. Honnan tudják, hogy ezek a lenyomatok tényleg az infláció előtt keletkeztek, és nem jóval később, a felfúvódás után? A kutatócsoport sok időt eltöltött ennek a kérdésnek a vizsgálatával. Az elmúlt három évben megpróbáltak kizárni mindent, ami befolyásolhatta az eredményeket. A jelet szállító mikrohullámoknak az egész univerzumon át kell haladniuk, mielőtt megérkeznek a Földre. Ezalatt viszont a galaxishalmok torzíthatják a jelet. A kutatók azt állítják, hogy sikerült kiszúrni ezeket a torzításokat.

James Dent, a University of Louisiana elméleti fizikusa szerint a kutatócsoport elnézett valamit, a vizsgált gravitációs hullámok a felfúvódás után keletkeztek, és nem előtte. Nézzük hogyan: az elmúlt években a fizikusok azt próbálták megmagyarázni, mi történt közvetlenül az infláció után, amikor a világegyetem elkezdett hűlni. A folyamat olyan vad volt, hogy saját gravitációs hullámokat hozott létre. Elképzelhető, hogy a Harvard-Smithsonian kutatócsoportja ezeket találta meg?

James Dent és kollégái szerint igen. Az erről szóló feljegyzést az arXiv-re tették fel, a szerzők között van még Lawrence M. Krauss, az Arizona State University és az Australian National University, valamint Harsh Mathur, a Case Western Reserve University elméleti fizikusa is. A kutatócsoportnak még dolgoznia kell azon, hogy ki tudják zárni ennek a lehetőségét. Ha ez sikerül, akkor lesz teljes konszenzus a fizikusok körében, hogy valóban megtalálták a kozmikus infláció bizonyítékait.

Dent azt is hangsúlyozza, hogy a mostani vita nem jelenti azt, hogy vitatná a kozmikus inflációs elméletet. Mint a legtöbb asztrofizikus, ő is ezt tartja a legvalószínűbb magyarázatnak a világegyetem méretére és jellemzőire. Ugyanakkor azt is mondja, hogy a Harvard-Smithsonian kutatócsoportnak nem sikerült teljesen meggyőző bizonyítékokkal előállnia. De ez nem jelenti azt, hogy nem is tudnak.