Κατά τη διάρκεια της επόμενης δεκαετίας, οι κοσμολόγοι θα προσπαθήσουν να παρατηρήσουν τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος, ελπίζοντας να αποδείξουν μια δημοφιλή θεωρία. Θα ψάξουν για εξαιρετικά αδύναμα κύματα βαρύτητας για να μετρήσουν το αρχέγονο φως, αναζητώντας πειστικά στοιχεία για τη Θεωρία του Κοσμικού πληθωρισμού, η οποία προτείνει ότι μια τυχαία, μικροσκοπική διακύμανση πυκνότητας στον ιστό του χώρου και του χρόνου γέννησε το Σύμπαν σε ένα καυτό μεγάλο bang πριν από περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Ένα νέο όργανο που ονομάζεται πολόμετρο προσαρτάται στο τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου (SPT), το οποίο λειτουργεί σε μήκη κύματος υποχιλιοστών, μεταξύ των μικροκυμάτων και του υπέρυθρου στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει ότι ο Κοσμικός πληθωρισμός θα πρέπει να παράγει τα ασθενή κύματα βαρύτητας.
Η θεωρία του πληθωρισμού προτείνει μια περίοδο εξαιρετικά γρήγορης και εκθετικής διαστολής του Σύμπαντος κατά τις πρώτες στιγμές του πριν από την πιο βαθμιαία διαστολή του Big Bang, κατά την οποία η ενεργειακή πυκνότητα του σύμπαντος κυριαρχούνταν από μια κοσμολογική σταθερού τύπου ενέργειας κενού που αργότερα διασπάστηκε για να παράγει την ύλη και την ακτινοβολία που γεμίζουν το Σύμπαν σήμερα.
Το 1979, ο φυσικός Άλαν Γκουτ πρότεινε τη Θεωρία του Κοσμικού πληθωρισμού, η οποία προβλέπει επίσης την ύπαρξη άπειρου αριθμού συμπάντων. Δυστυχώς, οι κοσμολόγοι δεν έχουν τρόπο να δοκιμάσουν αυτή τη συγκεκριμένη πρόβλεψη.
Το τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου εκμεταλλεύεται τον καθαρό, ξηρό ουρανό στον Σταθμό του Νότιου Πόλου του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών για να μελετήσει την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, τη λάμψη της Μεγάλης Έκρηξης. Το SPT έχει διάμετρο οκτώ μέτρα (26,4 πόδια). Φωτογραφία του Jeff McMahon
«Δεδομένου ότι πρόκειται για ξεχωριστά σύμπαντα, εξ ορισμού αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούμε ποτέ να έχουμε καμία επαφή μαζί τους. Τίποτα από όσα συμβαίνουν εκεί δεν έχει κανένα αντίκτυπο σε εμάς», δήλωσε ο Scott Dodelson, επιστήμονας στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών Fermi και καθηγητής Αστρονομίας και Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο.
Αλλά υπάρχει ένας τρόπος να διερευνηθεί η εγκυρότητα του κοσμικού πληθωρισμού. Το φαινόμενο θα είχε δημιουργήσει δύο κατηγορίες διαταραχών. Το πρώτο, οι διακυμάνσεις στην πυκνότητα των υποατομικών σωματιδίων συμβαίνουν συνεχώς σε όλο το σύμπαν και οι επιστήμονες τις έχουν ήδη παρατηρήσει.
«Συνήθως γίνονται απλώς στην ατομική κλίμακα. Δεν τα προσέχουμε ποτέ», είπε ο Ντόντελσον. Αλλά ο πληθωρισμός θα επεκτείνει ακαριαία αυτές τις διαταραχές σε κοσμικές διαστάσεις. «Αυτή η εικόνα λειτουργεί πραγματικά. Μπορούμε να υπολογίσουμε πώς θα πρέπει να μοιάζουν αυτές οι διαταραχές και αποδεικνύεται ότι έχουν ακριβώς το δικαίωμα να παράγουν τους γαλαξίες που βλέπουμε στο σύμπαν».
Η δεύτερη κατηγορία διαταραχών θα ήταν τα κύματα βαρύτητας - οι παραμορφώσεις του Αϊνστάιν στο χώρο και το χρόνο. Τα κύματα βαρύτητας επίσης θα προωθούνταν σε κοσμικές αναλογίες, ίσως ακόμη και αρκετά ισχυρά ώστε οι κοσμολόγοι να τα ανιχνεύσουν με ευαίσθητα τηλεσκόπια συντονισμένα στην κατάλληλη συχνότητα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.
Εάν το νέο πολόμετρο είναι αρκετά ευαίσθητο, οι επιστήμονες θα πρέπει να είναι σε θέση να ανιχνεύσουν τα κύματα.
«Αν ανιχνεύσετε κύματα βαρύτητας, σας λέει πολλά για τον πληθωρισμό για το σύμπαν μας», είπε ο John Carlstrom από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο, ο οποίος ανέπτυξε το νέο όργανο. Ο Carlstrom είπε ότι η ανίχνευση των κυμάτων θα απέκλειε διάφορες ανταγωνιστικές ιδέες για την προέλευση του σύμπαντος. «Υπάρχουν λιγότεροι από ό,τι παλιά, αλλά δεν προβλέπουν ότι θα έχετε μια τόσο ακραία, καυτή μεγάλη έκρηξη, αυτή την κβαντική διακύμανση, για αρχή», είπε. Ούτε θα παράγουν κύματα βαρύτητας σε ανιχνεύσιμα επίπεδα.
Μια προσομοίωση σε αυτόν τον σύνδεσμο απεικονίζει τις παραμορφώσεις στο χώρο και τον χρόνο σε υποατομική κλίμακα, το αποτέλεσμα των κβαντικών διακυμάνσεων που συμβαίνουν συνεχώς σε όλο το σύμπαν. Κοντά στο τέλος της προσομοίωσης, ο κοσμικός πληθωρισμός αρχίζει να τεντώνει τον χωροχρόνο στις κοσμικές αναλογίες του σύμπαντος.
Οι κοσμολόγοι χρησιμοποιούν επίσης το SPT στην προσπάθειά τους να λύσουν το μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας. Μια απωθητική δύναμη, η σκοτεινή ενέργεια σπρώχνει το σύμπαν και κατακλύζει τη βαρύτητα, την ελκτική δύναμη που ασκείται από όλη την ύλη.
Η σκοτεινή ενέργεια είναι αόρατη, αλλά οι αστρονόμοι μπορούν να δουν την επιρροή της σε σμήνη γαλαξιών που σχηματίστηκαν τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια.
Ο ανιχνευτής ανισοτροπίας μικροκυμάτων Wilkinson της NASA συνέλεξε δεδομένα που παρήγαγαν αυτό το διάγραμμα ηχητικών κυμάτων από το σύμπαν. Ονομάζεται φάσμα ισχύος, το διάγραμμα απεικονίζει την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων ως κυματισμούς διαφορετικών μεγεθών στον ουρανό. Τα δεδομένα είναι συνεπή με τις προβλέψεις της θεωρίας του κοσμικού πληθωρισμού. Ευγενική προσφορά της Επιστημονικής Ομάδας WMAP
Το SPT ανιχνεύει την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων (CMB), την υστεροφημία της Μεγάλης Έκρηξης. Οι κοσμολόγοι έχουν εξορύξει μια περιουσία δεδομένων από το CMB, τα οποία αντιπροσωπεύουν τα δυνατά τύμπανα και τα κόρνα της κοσμικής συμφωνίας. Τώρα, όμως, η επιστημονική κοινότητα έχει στραμμένα τα αυτιά της για τους τόνους ενός πιο λεπτού οργάνου —τα βαρυτικά κύματα— που βρίσκονται κάτω από το CMB.
«Έχουμε αυτά τα βασικά στοιχεία για την εικόνα μας για το σύμπαν, αλλά πραγματικά δεν ξέρουμε τι παράγει η φυσική κάποιο από αυτά», είπε ο Ντόντελσον για τον πληθωρισμό, τη σκοτεινή ενέργεια και την εξίσου μυστηριώδη σκοτεινή ύλη. «Ο στόχος της επόμενης δεκαετίας είναι να προσδιορίσουμε τη φυσική».