Aktualizováno: Pozorování experimentu BICEP bylo zkreslené použitými postupy. Takový je oficiální závěr další analýzy a kontroly výsledků tohoto experimentu, které společně prováděl tým z BICEP s kolegy z většího Planckova teleskopu, který byl zaměřen na podobné jevy. Velmi zjednodušeně řečeno došlo k chybě při „odečítání“ vlivu prostředí (kosmického prachu) na podobu zachycených vln.
Článek poneháváme v původní podobě, aby byl i pro nás připomenutím, jak opatrně je třeba k podobým událostem přistupovat.
Aktualizováno 17.3.2014 -16:40: Spekulace se potvrdily, článek jsme rozšířili o další informace o objevu.
Tým z pokusu BICEP umístěného v Antarktidě zachytil zajímavé informace o vzniku našeho vesmíru. Nejen, že znovu potvrdil Einsteinovy teorie, ale především se tak poprvé podařilo zachytit důkaz potvrzující, že náš vesmír prošel těsně po svém vzniku v neuvěřitelně krátké době prudkou expanzí. Podle fyziků jde o jeden z největších objevů posledních let.
Podle zveřejněných údajů a odborných prací se fyzikům podařilo velmi přesvědčivě zaznamenat "zatočení" (polarizaci) vln záření, které prostupuje vesmírem z jeho raných dob. Vědci z projektu BICEP zjistili, že vlny tohoto tzv. reliktiního (zbytkového) záření jsou zatočeny způsobem, který mohly podle fyziků způsobit pouze gravitační vlny. Z těchto informací lze pak získat alespoň nějaké informace o tom, jaké podmínky v raném vesmíru panovaly. Získali jsme tak pohled téměř na okamžik Velkého třesku.
Jde také o teprve druhé nepřímé pozorování gravitačních vln, které Einstein předpověděl už před zhruba 100 lety, a vůbec první pozorování tohoto typu polarizace reliktního záření. Všechny práce týmu BICEP jsou dostupné na této stránce.
Po stopách počátků
Experiment BICEP, přesněji jeho současná inkarnace BICEP2, je jeden z mnoha vědeckých pokusů, které se zabývají zkoumáním tzv. reliktního (zbytkového) záření. To je velmi slabé záření, které prostupuje celým vesmírem – tvoří jakýsi "šum v pozadí" - a vzniklo zároveň s Velkým třeskem. Toto reliktní záření je obrazem vesmíru z dob asi 380 tisíc let po jeho vzniku, ale nese v sobě i informace o jeho ranějším vývoji.
Reliktní záření se podařilo přesvědčivě zachytit poprvé téměř přesně před 50 lety. To byl okamžik, kdy věda o vzniku a podobě vesmíru – tj. kosmologie – přestala být jen teoretickou disciplínou, kde meze kladla jen fantazie a stala se vědou exaktní. Poprvé měli vědci co měřit. Dnes díky přesnějším měřením z reliktního záření známe například přibližné rozložení hmoty ve vesmíru těsně po jeho vzniku a mnoho detailů o jeho vývoji.
Mapa reliktního záření podle zatím nejpřesnějšího pozorování sondou Planck. Nepravidelnosti, které jsou ve skutečnost velmi malé a těžko měřitelné, jsou odrazem nerovnoměrnosti v raném vesmíru, které daly zárodek všem "strukturám" ve vesmíru, tedy galaxiím i jednotlivým hvězdám a planetám.
Tým z BICEP přišel s dalším důležitým dílem skládačky. Jeho experimenty (BICEP2 předcházel BICEP1) měly zachytit stopy polarizace reliktního záření. Polarizované záření je takové, jehož vlny jsou určitým způsobem uspořádané. Zatímco u nepolarizovaného záření (např. viditelného světla) jsou vlny neuspořádané a jsou orientované náhodně, u polarizovaného například kmitají výhradně v jednom jediném směru kolmém na směr jeho šíření.
Polarizované záření - hlavně světlo - je všude kolem nás. Vzniká například z běžného světla při odrazu od zrcadla, které světlo "srovná" do jednotné podoby. BICEP je určen na zachycení jednoho určitého typu polarizace, tzv. B-módu. Jak a proč se liší od jiných typů polarizace není až tak důležité a je to poměrně složité. (Koho fyzikální detaily zajímají, může se o nich více dozvědět od povolanějších, třeba z blogu fyzika Luboše Motla.) Důležité jsou především důsledky.
Fyzici se totiž domnívají, že k polarizaci dnešního reliktního záření došlo v raném vesmíru během jednoho určitého děje zvaného inflace. Fyzici se zcela neshodují na tom, jak a proč inflace měla probíhat, ale v podstatě jde o nesmírné prudké a rychlé "nafouknutí" raného vesmíru do mnohem větších rozměrů. Měla být blesková – začít mohla 10-36 sekundy po vzniku vesmíru a skončit během 10-32 sekundy po vzniku vesmíru.
Za tento neskutečně krátký časový úsek se měl vesmír neuvěřitelně zvětšit: o celých 29 řádů, tedy stovky bilionů biliard. Během tohoto prudkého děje měly vzniknout gravitační vlny, které zanechaly konkrétní stopy (B-mód polarizaci) na podobě reliktního záření.
O tohle jde. Mapa polarizace reliktního záření podle výsledků experimentu BICEP. Polarizaci v daném místě vyznačují černé úsečky a patrné tak jsou "víry" charakteristické pro B-mód polarizaci.
Teorie inflace je dnes uznávaná především proto, že nic lepšího nemáme. O existenci inflace jsme přesvědčeni via negativa. Dnešní podoba vesmíru - třeba celkový tvar, který lze matematicky popsat - totiž nezapadá do prověřených fyzikálních teorií, pokud k něčemu podobnému jako inflace v začátku vesmíru nedošlo. Výsledky BICEP jsou tedy první skutečně naměřený podklad pro tuto mezi teoretiky velmi oblíbenou - a pro dnešní kosmologii téměř nezbytnou - teorii.
Einsteinovo surfování
Oznámení má ještě jeden důsledek. Z matematicky a fyzikálně velmi solidních důvodů by pozorování tohoto typu polarizace u reliktního záření bylo také potvrzením existence tzv. gravitačních vln v raném vesmíru. To jsou slabounké vlny, které vznikají při pohybu libovolného tělesa v časoprostoru. V podstatě si je můžeme představit jako drobné vibrace, které se šíří od válející se koule po bowlingové dráze.
Jejich existence vyplývá ze zhruba jedno století starých Einsteinových rovnic, ale na rozdíl od otřesů od bowlingové koule je těžké si jich všimnout. Už Einstein si byl vědom toho, že gravitační vlny jsou tak slabé, že je možná nedokážeme nikdy zachytit. V 60. letech se jednomu experimentu údajně podařilo tyto vlny zachytit, ale tento výsledek se nikdy nepodařilo zopakovat, a rozhodně to nebylo kvůli nedostatku snahy.
Pozorování gravitačních vln je jedna z priorit současné experimentální fyziky a cíl už řady velkých experimentů. Do loňského roku jsme měli však jen jediné nepřímé pozorování jejich existence na základě sledování dráhy dvou neutronových hvězd (jde o pulsar PSR B1913+16). V roce 2013 se pak objevil jiný nepřímý důkaz v podobě, ale to je vše. Data týmu BICEP tedy mají i v tomto ohledu nesmírnou cenu.
A co z toho?
Skutečný přínos výsledků bude samozřejmě možné odhalit až s odstupem času. Ze statistického hlediska se v tuto chvíli zdá, že signál je poměrně silný a pozorovánípoměrně jednoznačné a přesvědčivé (sigma je >5). Nelze vyloučit, že jde o chybu, jako třeba v případě "nadsvětelných" neutrin na experimentu OPERA před dvěma lety. Ale v tomto případě jde vlastně o výsledky dvou pokusů v jednom: podobný signál se objevil na experimentech BICEP1 i BICEP2, které sice měly stejné cíle, ale pracovaly každý s jinou technologií a byly na sobě zcela nezávislé.
Detektory na vrcholu antény experimentu BICEP2
Jistý zájem vzbudila skutečnost, že tento typ polarizace neobjevil u reliktního záření vesmírný teleskop Planck, který byl také určen k jejímu zkoumání. Tým z Plancku se ovšem zřejmě ke zveřejnění těchto výsledků jednoduše nedostal a fyzikové z BICEP se nechali slyšet, že podle nich v dohledné době si oba experimenty své výsledky navzájem potvrdí.
Zajímavější bude v příštích dnech sledovat, co výsledky udělají s nepřehlednou řadou konkurenčních hypotéz o vzniku vesmíru a jeho fyzikálních zákonech. Pozorování například potvrzuje, že bude nutné nějak spojit teorií gravitace s kvantovou teorií, což je velký úkol, o který se fyzika snaží už desetiletí zcela bez úspěchu. Kdyby na gravitace nebylo ovšem "něco kvantového", tento výsledek by se vůbec nepodařilo naměřit. Informace by mohla poskytnout i další údaje nutné k řešení dalších hádanek: třeba hledání odpovědi na otázku, proč se vlastně náš vesmír v mládí tak "nafoukl" - proč vlastně došlo k inflaci.
Kde si přečíst vícInformace o objevu pomalu začaly vyplouvat několik dní předem. Tiskové oddělení Harvardu rozeslalo v týdnu od 10. ledna e-mail, že v pondělí 17. března pořádá tiskovou konferenci k novému zásadnímu objevu (přímý přenos by měl být k vidění na této stránce od pěti hodin našeho času, ale byl od začátku nedostupný). Vedoucí experimentu BICEP2 John Kovac minulý týden rozeslal řadě fyziků e-mail s odkazem na heslem chráněnou stránku, kde měly být zpřístupněny podrobné vědecké informace. Spekulace o výsledcích BICEP2 byla už druhého březnového týdne předmětem zájmu fyzikálních blogerů. Nabízíme hned několik tipů (všechny anglicky). The Reference Frame českého fyzika Luboše Motla. Působil na Harvardu a některé členy týmu BICEP2 tak zná osobně. viXra blog s textem Phillipa Gibbse. Ten si dokonce už v dalším příspěvku klade otázku, kdo si za hypotézu inflace zaslouží Nobelovu cenu. U Shauna Hotchkisse najdete ještě delší seznam dalších blogů, kteří se zabývají zvěstmi o novém objevu a případně jeho důsledky. |
