Szét­puk­kad­hat­nak-e a mul­ti­ver­zum fel­fú­vó­dott bu­bo­ré­kai?

591

Egyre inkább úgy tűnik, elhamarkodottan jelentették be, hogy a BICEP2 kísérletben meglelték az Ősrobbanás utáni gravitációs hullámok nyomait. Az eset kapcsán P. Steinhardt, a Princeton University professzora vont le tanulságokat.

Paul Steinhardt, a Princeton University elméleti fizika professzora, az inflációs (felfúvódó) univerzum koncepciójának egyik legismertebb továbbfejlesztője, a ciklikus univerzum elméletének megalkotója – újabban azonban a felfúvódó univerzum egyik legnagyobb kritikusa – a Nature magazin online felületén fejtette ki gondolatait a BICEP2 kísérlet eredményének elhamarkodott bejelentéséről, annak módjáról, illetve arról, hogy szerinte az inflációs paradigma ma már tarthatatlan. A következőkben néhány, az eredeti publikációban nem szereplő képpel ennek a cikknek a fordítását közöljük. (Megjegyzés: Nem biztos, hogy Steinhardt teljesen elfogulatlan, kívülálló szemlélője az eseményeknek…)

Amikor kozmológusok egy csoportja márciusban sajtókonferencia keretében bejelentette, hogy az Ősrobbanás utáni első pillanatokban létrejött gravitációs hullámok nyomait detektálták, az univerzum keletkezésének problémája újra vezető hír lett. A felfedezés nem csak a tudományos közösség, de a média és a nagyközönség számára is a világszenzáció erejével hatott.

A BICEP2 South Pole Telescope kutatócsapata szerint a detektálás 5-7 szigma szintű, ami azt jelenti, hogy fél milliomodnál is kisebb az esélye annak, hogy véletlenről legyen szó. (Megjegyzés: Pontosabban arról van szó, hogy ha a jelzett polarizációs mintázat valójában nem létezne, akkor fél milliomodnál kisebb lenne annak az esélye, hogy olyasmit lássunk, mint amit ténylegesen detektáltak.) Az eredményt az inflációs Ősrobbanás koncepciója, illetve leszármazottja, a multiverzum-elmélet bizonyítékaként ünnepelték. Nobel-díjakat jósoltak és számos elméleti modell is napvilágot látott. A bejelentés egyetemi kinevezésekről szóló döntéseket, cikkek és pályázatok visszautasítását is befolyásolta, de nagy léptékű projektekre vonatkozó kormányzati tervek alakulásában is szerepet játszott.

A BICEP2 kísérletben a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás polarizációs térképén azonosítottak az ún. B-módusra utaló mintázatot (twist, csavarodás – a polarizáció síkjának változása különböző irányokban), amit az ősi gravitációs hullámok detektálásaként értékeltek. Mára azonban komoly hiányosságokra derült fény az eredeti analízist illetően, így a “biztos detektálás” ma már egyáltalán nem az, sőt. A gravitációs hullámok utáni kutatást tovább kell folytatni. A probléma lényege az, hogy ugyanilyen polarizációs mintázatot okozhatnak egyéb effektusok is, például a galaktikus poron történő szóródás vagy a szintén a Tejútrendszer mágneses terében mozgó elektronok szinkrotron-sugárzása.

20140610_bicep2_paul_steinhardt_kritika_1
A South Pole Telescope (SPT) az antarktiszi nyárban. A jobb oldali kék épület tetején látható csonkakúp a BICEP2 teleszkópot védi a környezet mikrohullámú zajától. (Stephen Hoover / University of Chicago)

A BICEP2 műszerei csak egy frekvencián detektálják a sugárzást, így nem tudnak különbséget tenni a kozmológiai és az előbb említett forrásokból származó jelek között. Ahhoz, hogy ezt megtehessék, a BICEP2 kutatói a galaktikus porról a WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) és a Planck űrszondák által összegyűjtött adatokat használták, mivel mindkét eszköz szélesebb frekvenciatartományt, azaz több frekvenciát fed le. Amikor a BICEP2-csapat a saját analízisét végezte, a Planck végleges portérképe még nem jelent meg, így a csoport egy hónapokkal korábbi, előzetes térképről próbálta megállapítani a szükséges adatokat. A Princeton University és az Institute for Advanced Study (Princeton) kutatóinak új, nagyon alapos elemzése azonban arra a következtetésre vezetett, hogy a BICEP2 B-módusú mintáit legnagyobb részben, vagy akár teljes egészében is előtér-effektusok okozhatják, az ősi gravitációs hullámok bármiféle hozzájárulása nélkül. Amint a princetoni kutatók kimutatták, a negatív konklúziót a BICEP2-csoport által vizsgált egyéb pormodellek sem befolyásolják érdemben.

A hirtelen hátraarc a jövő kozmológiai kísérleteit és elméleteit illetően is óvatosságra kell hogy intse a tudományos közösséget. De a gravitációs hullámok utáni kutatás nem állt le. Legalább nyolc kísérlet, köztük a BICEP3, a Keck Array és a Planck ugyanezt a célt szolgálja. Ezúttal a kutatócsoportok azonban biztosak lehetnek abban, hogy tevékenységüket a világ szoros figyelemmel fogja követni. Ezúttal az eredmények elfogadásához széles frekvenciatartományban végzett mérések szükségesek, melyek alapján ki lehet zárni az előtér-effektusokat és más zavaró források hatását is. És ezúttal a bejelentést csak azután lehet megtenni, hogy a szakcikket beküldték egy folyóirathoz és azt ott szakértők elbírálták. Ha pedig sajtókonferenciát is rendeznek, akkor remélhetőleg a tudományos közösség és a média követelni fogja a teljes dokumentációt, a részletes hibaanalízist, és az objektív ellenőrzéshez szükséges mennyiségű adatot is.

A BICEP2-incidens rávilágított egy, az inflációs elmélettel kapcsolatos rendkívül fontos momentumra is. A felfúvódásról általánosan elterjedt nézet, hogy az nagyon jó előrejelzéseket adó elmélet. Ha ez lenne a helyzet, és a gravitációs hullámok detektálása lenne a “füstölgő puskacső”, az elméletet igazoló tény, akkor azt gondolnánk, hogy a negatív eredmény – az, hogy a gravitációs hullámokat nem tudtuk/tudjuk detektálni – a teória helytelenségét jelenti. Ez a gondolkodás valójában a tudomány normál működésének része. A BICEP2-eredményt bejelentő, és a felfúvódás elméletét aktívan támogató kozmológusok azonban máris azt bizonygatják, a koncepció attól függetlenül helyes, hogy a gravitációs hullámokat detektáljuk-e vagy sem. Hogyan lehetséges ez?

20140610_bicep2_paul_steinhardt_kritika_2
Fantáziarajz a II-es szintű multiverzumról. Az egyik buborék teljes egészében tartalmazna mindent a mi univerzumunkból.

A támogatók által adott válasz rendkívül riasztó: szerintük az inflációs paradigma annyira rugalmas, hogy immúnis mindenféle kísérleti és észlelési teszttel szemben. Először, a felfúvódást egy inflatonnak nevezett hipotetikus skalármező okozza, melynek olyan tulajdonságai vannak, hogy azokat tetszőleges kimenet eléréséhez hatékonyan lehet hangolni. Másodszor, az infláció nem ér véget egy homogén tulajdonságokkal rendelkező univerzum létrejöttével, hanem majdnem elkerülhetetlenül multiverzumhoz vezet, melyben végtelen számú buborék van, amelyekben a kozmikus és fizikai paraméterek buborékról buborékra változnak. A multiverzum általunk észlelhető része egyetlen ilyen buborék egy darabjának felel meg. Az összes buborékot (elméletben) áttekintve minden, fizikailag lehetséges dolog végtelen sokszor meg fog történni. Nincs olyan kísérlet, ami kizárhatná a minden lehetséges kimenetet megengedő elméletet. Így az inflációs paradigma nem cáfolható (nem falszifikálható).

Ez pedig zavarba ejtőnek tűnik a sok száz elméleti cikk után, amelyek ennek vagy az inflációs modellnek az előrejelzéseiről szólnak. Ezek a cikkek azonban arról nem beszélnek, hogy mind figyelmen kívül hagyják a multiverzumot, és arról sem, hogy ezen kívül is létezik egy sor olyan modell, melyek minden értelemben változatos kozmológiai kimeneteket szolgáltatnak. Mindezeket figyelembe véve világos, hogy az inflációs paradigma alapvetően nem tesztelhető, így tudományos szempontból értelmetlen.

20140610_bicep2_paul_steinhardt_kritika_3
Balról jobbra: Alan Guth (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), az inflációs elmélet megalkotója, illetve Paul Steinhardt (Princeton University, Princeton, New Jersey, USA) és Andrei Linde (Stanford University, Stanford, California, USA), a koncepció legismertebb továbbfejlesztői 2002-ben a Dirac-érem átvételekor. Steinhardt ma már a felfúvódási elmélet egyik legnagyobb kritikusa. (The Abdus Salam International Centre for Theorethical Physics, Public Information Office)

A kozmológia egy rendkívüli időszak különleges tudománya. A fejlődés, beleértve a gravitációs hullámok kutatását is, folyamatos, és nagyon érdekes lesz látni az elkövetkező évek felfedezéseit. A jövő eredményeinek ismeretében az elméleti szakemberek előtt álló kihívás az univerzum eredetét, fejlődését és jövőjét leíró, valóban magyarázó és előrejelző tudományos paradigma felállítása.

Forrás: NATURE, COLUMN: WORLD VIEW 2014.06.03.

Hozzászólás

hozzászólás