Rygter om inflationsteorier forsvinder for tidligt, siger forskere

Fra de tidligste menneskelige civilisationer, mennesker har set til himlen og overvejet oprindelsen af ​​stjernerne og stjernebillederne ovenfor. Enkelt gang, disse historier involverede guder og magiske væsener. Nu, der er videnskab, og en stor forskningsvirksomhed fokuserede på at forstå, hvordan universet blev til.

Firkantet i centrum af denne forskningsvirksomhed er det, der er kendt som inflationsteori. Den hævder, at universet blev født ud af en ustabil, energisk vakuumlignende tilstand udvidede sig derefter dramatisk, spinning af hele galakser produceret af kvanteudsving. Denne teori blev foreslået i 1980 af Alan Guth, i øjeblikket på MIT. Et år senere, denne teori blev forbedret og udvidet af Andrei Linde, Stanford professor i fysik, som har brugt et helt liv på at ændre og opdatere det, efterhånden som nye data dukkede op.

I løbet af de sidste 35 år, mange forudsigelser om inflationsteori er blevet bekræftet af teoretikere og bekræftet af kosmologiske observationer. Lidt efter lidt, denne teori blev en almindeligt accepteret beskrivelse af universets oprindelse. Så forestil dig Lindes overraskelse hvornår Scientific American udgav en historie i februar af Paul Steinhardt, professor i fysik ved Princeton, og hans kolleger erklærer dens død.

Som svar, Linde og Guth, sammen med deres kolleger David Kaiser fra MIT og Yasunori Nomura fra University of California, Berkeley, har skrevet et brev, der forsvarer inflationsteorien, udgivet i Scientific American 10. maj. Den blev underskrevet af 33 akademikere, der læste som en Who's Who af teoretiske fysikere, herunder Stephen Hawking fra Cambridge University. I det, de tager sigte på historiens primære argument:at inflationsteori ikke rigtig er en videnskabelig teori, fordi den ikke forudsiger noget og derfor ikke kan testes.

"Som værket af flere store, internationale samarbejder har gjort det klart, inflation er ikke kun testbar, men den har været udsat for et betydeligt antal tests og har indtil videre bestået alle, " skrev gruppen.

Et fladt univers

Som et eksempel, inflationsmodellen havde forudsagt, at hvis universet nogensinde udvider sig, den ville nu være flad i stedet for åben eller lukket. (Forestil dig en ballon, der vokser uendeligt stor. Til sidst ville dens overflade virke helt flad.) Et fladt univers ville blive repræsenteret af en variabel kaldet Omega, der er lig med 1, "Godt, plus eller minus en lille smule på grund af kvanteusikkerhed, sagde Linde.

Faktisk, i midten af ​​90'erne troede mange astrofysikere, at universet faktisk ikke var fladt, med en Omega tættere på omkring 0,3. "Det ville være en katastrofe for inflationen, sagde Linde. Så forsøgte han at finde fejlen i sin egen teori. alle forsøg på at konstruere en model for inflation med Omega lig med 0,3 var mislykkede; de foreslåede ændringer af inflationsteorien var ekstremt komplicerede og unaturlige, og de fleste af dem virkede simpelthen ikke. Heldigvis, i 1998, en række kosmologiske observationer afslørede eksistensen af ​​mørk energi. Det viste sig, at energien i et vakuum ikke er nul, som tidligere antaget, og Omega blev genoprettet til 1.

"Hvis inflationsteorien ikke kan forudsige noget, hvorfor kunne den se ud til at være død, når en forudsigelse viste sig ikke at være sand?" spurgte Linde. Og hvordan kunne den genoprettes af nye data, der validerede forudsigelsen?

En spændt tid

En tilsvarende dramatisk situation opstod for fem år siden, da rygter cirkulerede om et ret teknisk problem, der er kendt som gaussianiteten af ​​inflationære forstyrrelser. Det vigtigste at vide om Gaussianitet er, at opdagelsen af ​​en stor ikke-Gaussianitet af en bestemt type ville udelukke 99,9% af de eksisterende inflationsmodeller.

I 2012 og vinteren 2013, der var vedvarende rygter om, at denne ikke-Gaussianitet snart ville blive rapporteret af Planck-satellitten, og faktisk indikerede foreløbige data fra WMAP-satellitten en mulighed for en meget stor ikke-Gaussianitet. Hvis det havde vist sig at være sandt, det kunne være et afgørende slag mod inflationsteorien.

Imidlertid, Planck-dataene afslørede ingen spor af ikke-Gaussianitet. Den allersidste sætning i Planck-avisen, der beskriver de data, der er læst, "Med disse resultater, paradigmet med standard-slow-roll-inflation i et enkelt felt har overlevet sine mest stringente tests til dato."

Denne og mange andre vellykkede forudsigelser om inflationsteori er ubestridelige fakta, sagde Linde. "Hvis vi stoler på argumenterne i Scientific American-historien, alle vellykkede forudsigelser om inflationær kosmologi er resultatet af rent held, som at vinde i lotteriet, sagde Linde. Det kan man gøre en gang, to gange, men ikke så mange gange. Det er derfor, så mange ledere af moderne fysik underskrev vores brev."

Linde tilføjede, at brevsektionen i et populært blad normalt ikke er der, hvor den videnskabelige debat udspiller sig. "For lang tid siden, da jeg var ung og naiv, Jeg troede, at den slags ting er umulige i videnskaben, " sagde han. Nu, han håber bare, at folk kan se, at meningerne i historien ikke deles af mange af de største navne inden for teoretisk fysik og observationel kosmologi.

Linde tilføjede, at han bekymrer sig om, at den yngre generation af forskere får det forkerte indtryk af denne historie. "Jeg vil ikke have, at de læser denne artikel og tror, ​​at de bruger deres tid på inflationsteori forgæves. Men den entusiastiske opbakning, som vi modtager, gør os optimistiske om, at det ikke kommer til at ske." " han sagde.