De flesta känner till Big Bang - tanken att en omöjligt het, täta universum exploderade till det vi känner idag. Men vad vet vi om det som kom innan?

I jakten på att lösa flera pussel som upptäcktes i Big Bangs ursprungliga tillstånd, forskare har utvecklat ett antal teorier för att beskriva uruniversumet, den mest framgångsrika varav - känd som kosmisk inflation - beskriver hur universum dramatiskt expanderade i storlek på en flyktig bråkdel av en sekund precis före Big Bang.

Men lika framgångsrik som inflationsteorin har varit, kontroverser har lett till aktiva debatter genom åren.

Vissa forskare har utvecklat väldigt olika teorier för att förklara samma experimentella resultat som har stött inflationsteorin hittills. I några av dessa teorier, uruniverset kontrakterade istället för att expandera, och Big Bang var alltså en del av en Big Bounce.

Vissa forskare - inklusive Avi Loeb, Frank B. Baird, Jr. professor i vetenskap och ordförande för astronomiavdelningen - har uttryckt oro över teorin, tyder på att dess till synes oändliga anpassningsförmåga gör det nästan omöjligt att testa.

"Den nuvarande situationen för inflation är att det är en så flexibel idé ... det kan inte förfalskas experimentellt, "Sa Loeb." Oavsett vilket resultat av de observerbara människorna som bestämde sig för att mäta skulle visa sig bli, det finns alltid några modeller av inflation som kan förklara det. "Därför, experiment kan bara hjälpa till att spika fast några modelldetaljer inom ramen för inflationsteorin, men kan inte testa själva ramens giltighet. Dock, förfalskning bör vara ett kännetecken för någon vetenskaplig teori.

Det är där Xingang Chen kommer in.

En universitetslektor i astronomi, Chen och hans medarbetare har under många år utvecklat tanken på att använda något han kallade en "urstandardklocka" som en undersökning av uruniversumet. Tillsammans med Loeb och Zhong-Zhi Xianyu, en postdoktor vid fysikavdelningen, Chen tillämpade denna idé på de icke -inflationära teorierna efter att han fick veta om en intensiv debatt 2017 som ifrågasatte om inflationsteorier alls gör några förutsägelser. I ett papper publicerat som ett redaktörsförslag i Fysiska granskningsbrev , laget lade fram en metod som kan användas för att förfalska inflationsteorin experimentellt.

I ett försök att hitta någon egenskap som kan skilja inflationen från andra teorier, laget började med att identifiera de definierande egenskaperna hos de olika teorierna - den evolutionära historien om storleken på uruniversumet. "Till exempel, under inflationen, per definition växer universums storlek exponentiellt, "Sade Xianyu." I vissa alternativa teorier, universums storlek drar ihop sig - i vissa väldigt långsamt och i vissa väldigt snabbt.

"De konventionella observerbara människor som hittills har föreslagit har problem med att skilja de olika teorierna eftersom dessa observerbara inte är direkt relaterade till den här egenskapen, "fortsatte han." Så vi ville hitta vad de observerbara är som kan kopplas till den definierande egenskapen. "

Signalerna som genereras av den ursprungliga standardklockan kan tjäna detta syfte.

Den Klockan, Chen sa, är någon typ av massivt tunga elementarpartiklar i det energiska uruniversumet. Sådana partiklar borde finnas i vilken teori som helst, och de pendlar med någon regelbunden frekvens, ungefär som svängningen av en klockpendel.

Uruniversumet var inte helt enhetligt. Kvantfluktuationer blev fröna till den stora strukturen i dagens universum och en viktig källa till information som fysiker förlitar sig på för att lära sig om vad som hände före Big Bang. Teorin som beskrivs av Chen tyder på att fästingar på standardklockan genererade signaler som präglades i strukturen för dessa fluktuationer. Och eftersom standardklockor i olika uruniversum skulle lämna olika signalmönster, Chen sa, de kanske kan avgöra vilken teori om uruniversum som är mest exakt.

"Om vi ​​föreställer oss all information vi hittills lärt oss om vad som hände innan Big Bang finns i en filmruta, då berättar standardklockan hur dessa ramar ska spelas, "Förklarade Chen." Utan någon klockinformation, vi vet inte om filmen ska spelas framåt eller bakåt, snabbt eller långsamt - precis som vi inte är säkra på om uruniversum blåste upp eller sammandragit sig, och hur snabbt det gjorde det. Det är här problemet ligger. Standardklockan satte tidsstämplar på var och en av dessa ramar när filmen spelades in före Big Bang, och berättar vad den här filmen handlar om. "

Teamet beräknade hur dessa vanliga klocksignaler ska se ut i icke -inflationära teorier, och föreslog hur man letade efter dem i astrofysiska observationer. "Om ett mönster av signaler som representerar ett kontraherande universum hittades, "Xianyu sa, "det skulle förfalska hela inflationsteorin, oavsett vilka detaljerade modeller man konstruerar. "

Framgången med denna idé ligger i experiment. "Dessa signaler kommer att vara mycket subtila att upptäcka, "Sa Chen." Vårt förslag är att det ska finnas någon form av massiva fält som har genererat dessa avtryck och vi beräknade deras mönster, men vi vet inte hur stor den totala amplituden för dessa signaler är. Det kan vara så att de är mycket svaga och mycket svåra att upptäcka, så det betyder att vi kommer att behöva söka på många olika platser.

"Den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen är ett ställe, "fortsatte han." Galaxernas fördelning är en annan. Vi har redan börjat söka efter dessa signaler och det finns redan några intressanta kandidater, men vi behöver fortfarande mer data. "

Denna berättelse publiceras med tillstånd av Harvard Gazette, Harvarduniversitetets officiella tidning. För ytterligare universitetsnyheter, besök Harvard.edu.