O início de tudo: Uma nova mudança de paradigma para o universo infantil

Um novo paradigma para a compreensão das primeiras eras da história do universo foi desenvolvido por cientistas da Penn State. Usando técnicas de uma área da física moderna chamado loop de cosmologia quântica, desenvolvido na Universidade Penn State, os cientistas agora têm análises extensas que incluem a física quântica mais para trás no tempo do que nunca - todo o caminho até o início. O novo paradigma de origens laço mostra quântica, pela primeira vez, que as estruturas de grande escala que agora vemos no universo evoluiu de flutuações fundamentais na natureza quântica essencial do "espaço-tempo", que existiam ainda no início de o universo mais de 14 bilhões de anos atrás. Clique na imagem para ampliar Esta imagem é uma parcela do espectro de potência na radiação cósmica de fundo (CMB) previu em loop Cosmologia Quântica e no cenário padrão inflacionário. Os dois espectros diferentes são contrastadas neste gráfico, que mostra a sua relação como uma função de k, o inverso do comprimento de onda, de flutuações na radiação cósmica de fundo. Para muitos dos parâmetros, observável onda k são números superiores a 9 e as duas previsões são indistinguíveis. Para obter uma estreita janela de parâmetros, k observável pode ser menor do que 9. Em seguida, as duas previsões diferentes. Ambos estão de acordo com os dados presentemente disponíveis, mas observações futuras devem ser capazes de distinguir entre os dois. Créditos: Penn State A conquista também oferece novas oportunidades para testar teorias concorrentes da cosmologia moderna contra observações avanço esperado de próxima geração de telescópios. "Nós, os seres humanos sempre têm ansiado para entender mais sobre a origem e evolução do nosso universo", disse Abhay Ashtekar, o autor sênior do estudo e do titular da cadeira Família Eberly em Física na Universidade Penn State e diretor do Instituto da universidade para gravitação e do Cosmos. Co-autores do papel, junto com Ashtekar, são bolsistas de pós-doutorado Ivan Agullo e William Nelson. "Por isso, é um momento emocionante no nosso grupo agora, como começar a usar o nosso novo paradigma para compreender, com mais detalhes, a dinâmica que a matéria ea geometria vivida durante as primeiras eras do universo, incluindo no início." O novo paradigma fornece um quadro conceitual e matemático para descrever o exótico "geometria da mecânica quântica do espaço-tempo" no universo muito cedo. Os shows de paradigma que, durante esta época, no início, o universo se reduziu a tais densidades inimagináveis ​​que o seu comportamento era governado não pelos física clássica da teoria geral da relatividade de Einstein, mas por uma teoria ainda mais fundamental que também incorpora a dinâmica estranhas da mecânica quântica . A densidade de matéria era grande, então - 10 aos 94 gramas (10 ^ 94) por centímetro cúbico, em comparação com a densidade de um núcleo atómico hoje, o que é apenas de 10 a 14 gramas de (10 ^ 14). Neste ambiente bizarro da mecânica quântica - onde se pode falar apenas de probabilidades de eventos, em vez de certezas - Propriedades físicas naturalmente seria muito diferente da forma como vivemos hoje. Entre essas diferenças, Ashtekar disse, são o conceito de "tempo", bem como a mudança dinâmica de vários sistemas ao longo do tempo à medida que o tecido da experiência quantum própria geometria. Não observatórios espaciais têm sido capazes de detectar qualquer coisa como há muito tempo e muito longe, como as épocas iniciais do universo descrito pelo novo paradigma. Mas alguns observatórios alguns chegaram perto. Radiação cósmica de fundo foi detectado em uma era quando o Universo tinha apenas 380 mil anos de idade. Esta simulação de computador mostra uma estrutura de grande escala intergaláctica em cosmicweb nosso universo. A escala de cores representa a densidade de massa, e as linhas amarelas descrever a intensidade e direção de galáxias individuais. A gravidade maphow linhas e energia escura são equilibrados. Klaus Dolag / ESO Por esse tempo, depois de um período de rápida expansão chamada "inflação", o universo tinha explodiu em uma versão muito diluída de sua auto-super-comprimido antes. No começo da inflação, a densidade do universo era um trilhão de vezes menos do que durante sua infância, fatores de modo quânticos são muito menos importantes em governar a dinâmica de grande escala da matéria e da geometria. Observações do fundo cósmico de radiação que o universo teve uma consistência uniforme predominantemente após a inflação, com exceção de um punhado de luz de algumas regiões que eram mais densos e outros que eram menos denso. O paradigma padrão inflacionário para descrever o universo primordial, que utiliza as equações da física clássica de Einstein, trata do espaço-tempo como um contínuo suave. "O paradigma inflacionário goza de notável sucesso em explicar as características observadas da radiação cósmica de fundo. Entanto, este modelo está incompleto. Ele mantém a idéia de que o universo explodiu do nada em um Big Bang, o que naturalmente resulta da incapacidade da geral, o paradigma da -relatividade física para descrever extremas de mecânica quântica situações ", disse Agullo. "É preciso uma teoria quântica da gravidade, como laço cosmologia quântica, para ir além de Einstein, a fim de capturar o verdadeiro física perto da origem do universo." Trabalho anterior com laço cosmologia quântica no grupo Ashtekar tinha atualizado o conceito do Big Bang com o conceito intrigante de um Big Bounce, que permite a possibilidade de que o nosso universo surgiu não de nada, mas a partir de uma massa super-comprimido de matéria que anteriormente pode ter tinha uma história própria. Clique na imagem para ampliarCréditos: oregon.edu Mesmo que as condições de mecânica quântica no início do universo eram muito diferentes das condições física clássica após a inflação, a nova conquista pelos físicos Penn State revela uma conexão surpreendente entre os dois paradigmas diferentes que descrevem essas eras. Quando os cientistas usam o paradigma da inflação, juntamente com as equações de Einstein para modelar a evolução das áreas de sementes, como espalhados pela radiação cósmica de fundo, eles acham que as irregularidades servir como sementes que evoluem ao longo do tempo para os aglomerados de galáxias e outros grandes estruturas que vemos no universo hoje. Surpreendentemente, quando os cientistas da Penn State usado seu paradigma loop-Quantum-novo com suas origens quântica cosmologia equações, eles descobriram que as flutuações fundamentais na natureza do espaço, no momento do Big Bounce evoluir para se tornar as estruturas de sementes, como visto na radiação cósmica de fundo. "Nosso novo trabalho mostra que as condições iniciais no início do universo, naturalmente, levar a estrutura em larga escala do universo que observamos hoje", disse Ashtekar. "Em termos humanos, é como tirar um instantâneo de um direito do bebê ao nascer e depois ser capaz de projetar-se um perfil exato de como será essa pessoa com a idade de 100." "Este papel empurra para trás a gênese da estrutura cósmica do universo da época inflacionária todo o caminho para o Big Bounce, cobrindo cerca de 11 ordens de magnitude na densidade da matéria ea curvatura do espaço-tempo", disse Nelson. "Nós agora reduzimos as condições iniciais que poderiam existir no Big Bounce, mais descobrimos que a evolução dessas condições iniciais concorda com as observações da radiação cósmica de fundo." Os resultados da equipe também identificar uma faixa mais estreita de parâmetros para que o novo paradigma prevê novos efeitos, distinguindo-a de inflação padrão. Ashtekar disse: "É excitante que em breve poderá ser capaz de testar previsões diferentes destas duas teorias contra futuras descobertas com a próxima geração de missões de observação. Tais experiências vai nos ajudar a continuar a ganhar uma compreensão mais profunda do universo muito, muito cedo. " A pesquisa será publicada 11 de dezembro como um "editor de Sugestões" papel na revista científica Physical Review Letters. © MessageToEagle.com