Tänavune kuum uurimisteema – kosmiline inflatsioon

Mis või kes kujundas universumi just selliseks, nagu me seda praegu tunneme? Vastust sellele küsimusele tuleb otsida taevast.

Universum sai alguse Suurest Paugust. Kuid millest sai alguse Suur Pauk? Selgub, et ilma teatavat sorti võimenduseta oleks Suur Pauk jäänud õigupoolest üsna pisikeseks. Füüsikud, kes proovivad kokku sobitada kvantteooriat ja kosmoloogiat, peavad vajalikuks uskuda, et varajane universum oli läbimõõduga 10 astmes miinus 35 meetrit.

Sellel usul on aga omad nõrgad kohad. Universumi vanus (13,7 miljardit aastat) on üsna hästi teada ning kui eeldada, et maailmaruum on kogu aja paisunud praeguse kiirusega, ei tohiks universum tänaseks olla suurem punktist selle lause lõpus.

Inflatsiooniteooria lahendab selle vastuolu, pakkudes välja oletuse, et universumi eluea esimestel hetkedel leidis aset erakordselt kiire paisumine. Nagu tõdeb ajakiri Nature, pidi toonane inflatsiooniline paisumine olema sedavõrd metsik, et seda on raske sõnade abil kujundlikult kirjeldada.

Kasutagem siis numbreid: algne lõpmatult väike universum paisus mõõtmeteni 10 astmes 1000 000 000 000 meetrit (ehk teisisõnu arvuni, mis sisaldab numbrit üks ning triljonit nulli). See paisumine leidis aga aset sekunditriljondiku triljondiku triljondiku jooksul.

Valguse kiirus on universumi inflatsioonilise paisumise kiiruse kõrval seega üsna uimane: Suure Paugu hetkel teele lennanud footon on praeguseks jõudnud vaid 10 astmes 27 meetri kaugusele. Vastuolu relatiivsusteooriaga teadlaste väitel siiski ei ole, sest inflatsioonilise universumi eri punktides asunud aineosakeste suhteline kiirus ei ületanud kunagi valguse kiiruse oma.

Saladus püsib. Kuid milline jõud nii erakordse paisumise tekitas? «Teoreetikud kirjeldavad seda jõudu väljana, nad annavad sellele nime – inflatsioon – kuid saladus jääb püsima,» nentis ajakiri Nature. «Samasugust frustratsiooni tunnevad astronoomid tumeda energia uurimisel.

See on tundmatu jõud, mis hõlmab kolm neljandikku universumi energiast ja endiselt kiirendab selle paisumist. Kas inflatsiooni põhjustaja võib peituda ka tumeda energia taga? Sarnasus on intrigeeriv, kuid need jõud on siiski väga erinevatest suurusjärkudest.»

Nagu märgib New Jersey Princetoni ülikooli füüsik Paul Steinhardt, pole küsimus, miks inflatsioon algas, kõige kõvem pähkel. Kuidas seletada inflatsiooni lakkamist? «Kui inflatsioon kord algab, ei lõpe ta iialgi,» leiab Steinhardt, kes oli 1980ndatel inflatsiooniteooria üks alusepanijaid, nüüd aga selle peakriitikuid.

Steinhardti oponent, California Stanfordi ülikooli füüsik Andrei Linde oletas 1986. aastal, et kvantfluktuatsioonide tõttu võis universumi mõnedele piirkondadele saada osaks suurem inflatsioon kui keskeltläbi.

Neis kohtades võisid tekkida «pungad», mis jätkuva inflatsiooni käigus arenesid kiiresti uuteks universumiteks, mida vana universumiga seovad vaid kvantmõõdus võrsed. Vana universumi asukad ei paneks seesugust pereheitmist tähelegi, seda oleks väga raske avastada. Uue universumi asukad aga, kui neid juhtub olema, tõlgendaksid oma maailma ainukordse Suure Paugu tulemusena. Niisugune fraktaali meenutav multiversum võib olla lõputu, oletas Linde.

Inflatsiooniteooria kolmas häda on aga, et ta ei seleta seda, kuidas kõik algas, vaid seleta, kuidas kõik jätkus vahetult pärast algust.

6. mail kosmosesse lennutataval Euroopa kosmoseagentuuri uurimisaparaadil Planck (nimetatud saksa nobelisti Max Plancki auks) lasuvad suured lootused nende mõistatuste kui mitte just lahendamiseks, siis vähemalt täiendamiseks uute mõistatustega. Planck asub nimelt mõõtma mikrolainelist kosmilist taustkiirgust, mis pärineb just väga varasest ja kuumast universumist.

Lootus Planckile. Inflatsioonilises universumis oli tihe ülikuum plasma soojuslikus tasakaalus universumi täitnud kiirgusega. Universumi paisudes aga nii aine kui kiirgus jahtusid ning kiirguse lainepikkus kasvas.

Viimaks jahtus universum punktini, kus kiirgus ei puutunud ainega kokku, kiirgus eraldus ainest. Sellest viimasest koosmõjupunktist on taustkiirguses jäljed nähtavad tänapäevani.

Planck hakkab püüdma ülimadala temperatuuriga footoneid, mis sellest kiirgusest pärinevad. Kuna footonite temperatuur on sõltuvalt nende kantavast «jäljest» veidi erinev, valmibki senisest palju täpsem foonkiirguse kaart.