Загадка на одну секунду: фізики знають, як розкрити таємницю перших миттєвостей після Великого вибуху.

Протягом останніх більш ніж 100 років, окрім створення Альбертом Ейнштейном загальної теорії відносності, було зроблено два видатних відкриття. У 1968 році вчені виявили реліктове випромінювання, що залишилося від Великого вибуху, а в 2015 році — гравітаційні хвилі. Обидва ці відкриття підтвердили теорію Великого вибуху. Але до цього часу фізики не повністю розуміють найперші миті існування Всесвіту. Автори нового дослідження, опублікованого на сервері препринтів arXiv, вважають, що заповнити так звану односекундну прогалину в знаннях можна за допомогою гравітаційних хвиль, пише Universe Today.

Теорія Великого вибуху наразі є найбільш прийнятою вченими. Згідно з цією теорією, після народження Всесвіту в результаті Великого вибуху в перші хвилини існувало дві стадії ранньої еволюції космосу. Перша стадія називається космічною інфляцією, коли Всесвіт стрімко розширився, а друга — первинним нуклеосинтезом, коли почали формуватися перші атоми. Але між закінченням космічної інфляції та початком первинного нуклеосинтезу був проміжок часу тривалістю в 1 секунду, про який фізикам нічого не відомо.

Важко побачити, що сталося в ту секунду, адже цей короткий період був непрозорим для електромагнітних хвиль, таких як реліктове випромінювання. Хоча може здатися, що одна секунда — це дуже короткий проміжок часу, в цей період температура у Всесвіті могла знизитися на 22 порядки. Те, як відбувалася зміна температури, має вирішальне значення для розуміння того, що сталося під час первинного нуклеосинтезу і як це вплинуло на створення тієї Всесвіту, яку ми знаємо.

Автори дослідження вважають, що вирішити цю проблему можуть гравітаційні хвилі. Вони могли б проникнути навіть у цьому проміжку часу тривалістю в 1 секунду. Це дозволить вченим вперше заглянути в цей загадковий період часу і знайти інформацію про те, чому існує дисбаланс між матерією і антиматерією, а також про швидкість розширення Всесвіту в той момент. Але для цього потрібен новий набір наукових інструментів.

Тепер, коли гравітаційні хвилі були офіційно виявлені, у фізиків з'явилося багато ідей для нових способів їх виявлення. Автори дослідження розглянули, як можна виявити найперші гравітаційні хвилі.

Фізики вважають, що потрібно створити ще більш просунуті лазерні інтерферометри, які будуть кращими, ніж LIGO, за допомогою якого була виявлена гравітаційна хвиля. Їх можна розмістити як на Землі, так і в космосі. Таким чином можна буде виявити як низькочастотні, так і високочастотні гравітаційні хвилі.

Фізики кажуть, що за допомогою нових інструментів можна виявити фон гравітаційних хвиль, який схожий на реліктове випромінювання, оскільки є залишком початкової фази існування Всесвіту. Цей фон може включати гравітаційні хвилі, які дозволять заглянути в саме початок Всесвіту.

Автори дослідження вважають, що гравітаційні хвилі можуть показати деякі надзвичайно енергійні події, які сталися під час загадкової 1 секунди. Передбачається, що ці гравітаційні хвилі виникли внаслідок зіткнень оболонок, що оточують ранню гарячу матерію. З іншого боку, фізики вважають, що гравітаційні хвилі могли виникнути внаслідок появи топологічних дефектів або розривів у просторі-часі.