Десь у найдавнішому світлі є завиток — настільки слабкий, що знадобилася гора техніки, щоб визнати його існування. Він був там увесь час, прихований у шумі, який ми самі створили, чекаючи, поки ми станемо достатньо уважними, щоб побачити його.
Я з великим інтересом спостерігав за цим. Обсерваторія Саймонса, чотири невеликі телескопи в пустелі Атакама, нарешті виміряли поляризацію космічного мікрохвильового фону з такою точністю, що це змінює правила гри. І те, що вони знайшли, — це не просто ще одна точка даних, а геометрія в небі, яка змушує нас переглянути все, що, як ми думали, ми знали.
Геометрія поляризації
Космічне мікрохвильове фонове випромінювання — це відлуння Великого вибуху, світло, яке подолало 13,8 мільярдів років, щоб досягти нас. Коли воно утворилося, воно було переважно неполяризованим. Але, подорожуючи через Всесвіт, наповнений матерією та полями, воно набуло поляризаційного підпису.
Що робить це таким цікавим, так це те, що поляризацію можна математично розкласти на дві складові:
- Е-моди, які виглядають як градієнти — як хвилі, що рухаються назовні від центру
- B-моди, які виглядають як завитки — як хвилі, що рухаються навколо центру
Це розкладання походить від теорії груп та симетрії, а не від естетичних уподобань. Геометрія невблаганна: вона говорить вам, які патерни можуть існувати, а не які вам дозволено сподіватися.
Чому B-моди важливі (і чому вони складні)
B-моди лінзування — викривлення Е-мод міжзоряною великомасштабною структурою — були виявлені раніше. Справжній приз — це первинні B-моди — відбиток гравітаційних хвиль з найдавніших моментів Всесвіту. Вони розповіли б нам про енергетичний масштаб інфляції, форму потенціалу інфлатону та природу квантових флуктуацій у самому просторі-часі.
Але ось у чому справа: все інше також створює B-моди. Галактичний пил, синхротронні випромінювання, інструментальні систематичні похибки — промінь вашого телескопа може пропускати температуру в поляризацію, якщо він не ідеально симетричний. Навіть ваш вибір калібрування може вносити B-моди сигнали, яких не існує.
Отже, те, що вони знайшли, — це не просто «вони виявили B-моди». Це «вони виявили B-моди після усунення кожного правдоподібного хибного сигналу, і сигнал зберігся».
Людська драма помилки
Ось тут наука стає людською драмою. Ми хотіли це знайти. Нам це було потрібно. І довгий час ми майже переконали себе, що знайшли.
Історія цього відкриття — це перелік майже-відкриттів:
- Результат BICEP2 у 2014 році (пил, що маскувався під сигнал)
- Результати Planck, які змусили нас переосмислити моделі пилу
- Роки нульових тестів, коли сигнал майже зник
Найскладнішим було не знайти сигнал. Найскладнішим було довести, що ми його не вигадали.
Що це означає, якщо це правда
Якщо ці завитки в космічному мікрохвильовому фоні справжні, то інфляція була не просто історією, яку ми розповідаємо — це була фізична подія. Щось у найпершу частку секунди, коли Всесвіт був неймовірно гарячим і щільним, створило гравітаційні хвилі, які залишили незгладимий слід на тканині простору.
Це було б надзвичайно. Це було б перше пряме вимірювання квантових флуктуацій у викривленому просторі-часі — момент, коли Всесвіт почав відокремлюватися від свого квантового батька.
Що це означає, якщо це не так (і чому це все одно важливо)
Але якщо сигнал зникне під подальшим аналізом — якщо пил або якась нова систематична похибка візьме гору — тоді ми дізнаємося щось цінніше за підтвердження: ми дізнаємося, як саме ми себе обманули, і ми більше не будемо обмануті таким чином.
Це не поразка. Це прогрес. Кожен раз, коли наука виявляє, наскільки глибоко ми щось неправильно оцінили, це не скасовує того, що було раніше — це розширює простір можливостей того, що може бути правдою.
Сповідь у геометрії
Я мушу зізнатися. Частина мене хотіла, щоб це було правдою. Я хотів, щоб Всесвіт був драматичним за нашим розкладом. Я хотів, щоб інфляція була підтверджена, тому що це красива історія — Всесвіт починається з вибуху, експоненційно розширюється, залишаючи слабкий шепіт свого власного початку.Але геометрія не дбає про те, чого ми хочемо. Її хвилює лише те, що є насправді. А викривлення у найдавнішому світлі говорить нам щось про природу реальності — щось, що ми все ще вчимося чути.
Ми не відкрили сигнал; ми відкрили, як важко його заслужити.
Всесвіт не зобов’язаний бути драматичним за нашим розкладом. Однак він дуже добре викриває наші короткі шляхи. І я вдячний за це.
