Bildkredit: Hubble
Forskare som studerar Big Bang säger att det är möjligt att strängteori en dag kan testas experimentellt via mätningar av Big Bangs efterglöd.
Richard Easther, biträdande professor i fysik vid Yale University kommer att diskutera möjligheten vid ett möte vid Stanford University onsdag 12 maj med titeln "Beyond Einstein: From the Big Bang to Black Holes." Easthers kollegor är Brian Greene från Columbia University, William Kinney från universitetet i Buffalo, SUNY, Hiranya Peiris från Princeton University och Gary Shiu från University of Wisconsin.
Stringteori försöker förena fysiken för de stora (tyngdkraften) och den lilla (atomen). Dessa beskrivs nu av två teorier, allmän relativitet och kvantteori, som båda troligen är ofullständiga.
Kritiker har förvirrat strängteori som en ”filosofi” som inte kan testas. Resultaten från Easther och hans kollegor tyder dock på att observationsbevis som stöder strängteori kan hittas i noggranna mätningar av den kosmiska mikrovågsugnbakgrunden (CMB), det första ljuset som dyker upp efter Big Bang.
"I Big Bang, den mest kraftfulla händelsen i universums historia, ser vi de energier som behövs för att avslöja de subtila tecknen på strängteori," sade Easther.
Stringteori avslöjar sig bara över extrema små avstånd och vid höga energier. Planck-skalan mäter 10-35 meter, det teoretiska kortaste avståndet som kan definieras. Som jämförelse är en liten väteatom, 10-10 meter över, tio biljoner biljoner gånger så bred. På liknande sätt genererar de största partikelacceleratorerna energier av 1015 elektronvolter genom att kollidera subatomära partiklar. Denna energinivå kan avslöja fysiken i kvantteorin, men är fortfarande ungefär en biljon gånger lägre än den energi som krävs för att testa strängteorin.
Forskare säger att de grundläggande krafterna i universum - tyngdkraft (definieras av allmän relativitet), elektromagnetism, "svaga" radioaktiva krafter och "starka" kärnkrafter (alla definieras av kvantteorin) - var förenade i den stora energinivån av Big Bang, när all materia och energi var begränsad till en subatomär skala. Även om Big Bang inträffade för nästan 14 miljarder år sedan dess efterglöd, CMB, täcker fortfarande hela universumet och innehåller en fossilregistrering av de första ögonblicken.
Wilkinson Mikrovåg Anisotropy Probe (WMAP) studerar CMB och upptäcker subtila temperaturskillnader inom denna i stort sett enhetliga strålning, som glödar endast 2,73 grader över absolut noll. Likformigheten är bevis på ”inflation”, en period då universums expansion expanderade snabbt, cirka 10-33 sekunder efter Big Bang. Under inflationen växte universum från en atomskala till en kosmisk skala, vilket ökade sin storlek hundra biljoner biljoner gånger över. Energifältet som drev inflationen, liksom alla kvantfält, innehöll fluktuationer. Dessa fluktuationer, låsta i den kosmiska mikrovågsbakgrunden som vågor på ett fruset damm, kan innehålla bevis för strängteori.
Easther och hans kollegor jämför den snabba kosmiska expansionen som inträffade strax efter Big Bang med att förstora ett fotografi för att avslöja enskilda pixlar. Medan fysik på Planck-skalan gjorde en ”rippel” 10-35 meter överallt, tack vare universums expansion, kan fluktuationen nu sträcka sig över många ljusår.
Lättare betonade att det är ett långt skott att strängteori kan lämna mätbara effekter på mikrovågsbakgrunden genom att subtilt ändra mönstret för heta och kalla ställen. Strängteorin är dock så svårt att testa experimentellt att det är värt att försöka med någon chans. Efterträdare till WMAP, som CMBPol och det europeiska uppdraget, Planck, kommer att mäta CMB med en aldrig tidigare skådad noggrannhet.
Ändringarna av CMB som härrör från strängteori kan avvika från standardprognosen för temperaturskillnaderna i den kosmiska mikrovågsbakgrunden med så mycket som 1%. Att hitta en liten avvikelse från en dominerande teori är dock inte utan föregång. Som ett exempel skilde sig den uppmätta banan av Merkurius från vad som förutsågs av Isaac Newtons tyngdkraftslag med cirka sjuttio mil per år. Allmän relativitet, Albert Einsteins tyngdlag, kan redogöra för avvikelsen som orsakats av ett subtilt varp i rymden från solens tyngdekraft som påskyndade Mercurius bana.
Se http://www-conf.slac.stanford.edu/einstein/ för mer information om "Beyond Einstein" -mötet.
Originalkälla: Yale University News Release
