Uma equipe de cientistas propôs um novo teste poderoso para a inflação, a teoria de que o tamanho do universo se expandiu dramaticamente em uma fração fugaz de segundo logo após o Big Bang. Seu objetivo é dar uma visão sobre uma questão de longa data:como era o universo antes do Big Bang?

Embora a inflação cósmica seja bem conhecida por resolver alguns mistérios importantes sobre a estrutura e evolução do universo, outras teorias muito diferentes também podem explicar esses mistérios. Em algumas dessas teorias, o estado do universo anterior ao Big Bang - o chamado universo primordial - estava se contraindo em vez de se expandir, e o Big Bang era, portanto, parte de um Big Bounce.

Para ajudar a decidir entre a inflação e essas outras idéias, a questão da falseabilidade - isto é, se uma teoria pode ser testada para potencialmente mostrar que é falsa - surgiu inevitavelmente. Alguns pesquisadores, incluindo Avi Loeb do Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian (CfA) em Cambridge, Massa., levantaram preocupações sobre a inflação, sugerindo que sua adaptabilidade aparentemente infinita torna quase impossível testá-lo adequadamente.

"Falsificabilidade deve ser a marca registrada de qualquer teoria científica. A situação atual da inflação é que é uma ideia muito flexível, não pode ser falsificado experimentalmente, "Loeb disse." Não importa o valor que as pessoas medem para algum atributo observável, sempre há alguns modelos de inflação que podem explicar isso. "

Agora, uma equipe de cientistas liderada por Xingang Chen do CfA, junto com Loeb, e Zhong-Zhi Xianyu do Departamento de Física da Universidade de Harvard, aplicaram uma ideia que chamam de "relógio padrão primordial" às teorias não inflacionárias, e traçou um método que pode ser usado para falsificar a inflação experimentalmente. O estudo aparecerá em Cartas de revisão física como uma sugestão dos editores.

Em um esforço para encontrar alguma característica que possa separar a inflação de outras teorias, a equipe começou identificando a propriedade definidora das várias teorias - a evolução do tamanho do universo primordial.

"Por exemplo, durante a inflação, o tamanho do universo cresce exponencialmente, "Xianyu disse." Em algumas teorias alternativas, o tamanho do universo se contrai. Alguns fazem isso muito devagar, enquanto outros o fazem muito rápido.

"Os atributos que as pessoas propuseram medir até agora geralmente têm dificuldade em distinguir entre as diferentes teorias porque eles não estão diretamente relacionados com a evolução do tamanho do universo primordial, "ele continuou." Então, queríamos descobrir quais são os atributos observáveis ​​que podem ser diretamente vinculados a essa propriedade definidora. "

Os sinais gerados pelo relógio padrão primordial podem servir a tal propósito. Esse relógio é qualquer tipo de partícula elementar pesada do universo primordial. Essas partículas devem existir em qualquer teoria e suas posições devem oscilar em alguma frequência regular, muito parecido com o tique-taque do pêndulo de um relógio.

O universo primordial não era totalmente uniforme. Havia pequenas irregularidades na densidade em escalas minúsculas que se tornaram as sementes da estrutura em grande escala observada no universo de hoje. Esta é a principal fonte de informação em que os físicos confiam para aprender sobre o que aconteceu antes do Big Bang. Os tiques do relógio padrão geraram sinais que foram impressos na estrutura dessas irregularidades. Relógios padrão em diferentes teorias do universo primordial predizem diferentes padrões de sinais, porque as histórias evolutivas do universo são diferentes.

"Se imaginarmos todas as informações que aprendemos até agora sobre o que aconteceu antes do Big Bang estão em um rolo de quadros de filme, então o relógio padrão nos diz como esses frames devem ser reproduzidos, "Chen explicou." Sem qualquer informação do relógio, não sabemos se o filme deve ser reproduzido para a frente ou para trás, rápido ou devagar, assim como não temos certeza se o universo primordial estava inflando ou contraindo, e com que rapidez isso aconteceu. É aqui que está o problema. O relógio padrão marca a hora em cada um desses quadros quando o filme foi filmado antes do Big Bang, e nos diz como interpretar o filme. "

A equipe calculou como esses sinais de relógio padrão deveriam parecer em teorias não inflacionárias, e sugeriu como eles deveriam ser pesquisados ​​em observações astrofísicas. "Se um padrão de sinais representando um universo em contração for encontrado, falsificaria toda a teoria inflacionária, "Xianyu disse.

O sucesso dessa ideia está na experimentação. "Esses sinais serão muito sutis de detectar, "Chen disse, "e então podemos ter que pesquisar em muitos lugares diferentes. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas é um desses lugares, e a distribuição de galáxias é outra. Já começamos a pesquisar esses sinais e já existem alguns candidatos interessantes, mas precisamos de mais dados. "

Muitas pesquisas futuras de galáxias, como LSST liderado pelos EUA, Euclides da Europa e o projeto recém-aprovado pela NASA, SphereX, são esperados para fornecer dados de alta qualidade que podem ser usados ​​para o objetivo.

A pré-impressão deste artigo está disponível em:arxiv.org/abs/1809.02603. Um trabalho anterior relacionado pode ser encontrado em:arxiv.org/abs/1509.03930.