Stāstā par to, kā izveidojās mūsu Visums, ir caurums. Pirmkārt, Visums strauji piepūšas kā balons. Pēc tam viss uzplauka.
Bet to, kā šie divi periodi ir saistīti, fiziķi izvairījās. Tagad jauns pētījums ierosina veidu, kā savienot abus laikmetus.
Pirmajā periodā Visums pieauga no gandrīz bezgalīgi maza punkta līdz gandrīz oktilonam (tas ir 1, kam seko 27 nulles) reizes, kas ir mazāks par triljonu sekundes. Šim inflācijas periodam sekoja pakāpeniskāks, bet vardarbīgāks paplašināšanās periods, ko mēs pazīstam kā Lielo sprādzienu. Lielā sprādziena laikā neticami karsts pamata daļiņu - piemēram, protonu, neitronu un elektronu - ugunsbumba izpleās un atdzisa, veidojot atomus, zvaigznes un galaktikas, kuras mēs šodien redzam.
Lielā sprādziena teorija, kas apraksta kosmisko inflāciju, joprojām ir visplašāk atbalstītais skaidrojums tam, kā sākās mūsu Visums, tomēr zinātniekus joprojām uztrauc tas, kā šie pilnīgi atšķirīgie izplešanās periodi ir saistīti. Lai atrisinātu šo kosmisko domstarpību, Kenjonas koledžas, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) un Nīderlandes Leidenes universitātes pētnieku komanda simulēja kritisko pāreju starp kosmisko inflāciju un Lielo sprādzienu - periodu, ko viņi sauc par "sildīšanu".
"Pēc inflācijas uzsildīšanas periods rada apstākļus Lielajam sprādzienam un savā ziņā liek" sprādzienam "Lielajā sprādzienā," paziņojumā teikts MIT fizikas profesora Deivida Keisera teiktais. "Šis ir tilta periods, kurā visa elle sabojājas, un matērija rīkojas tikai vienkāršā veidā."
Kad kosmiskās inflācijas laikā Visums paplašinājās vienā mirklī, visa esošā matērija tika izkliedēta, atstājot Visumu aukstu un tukšu, bez karstas daļiņu zupas, kas nepieciešama Lielā sprādziena aizdedzināšanai. Uzkarsēšanas periodā tiek uzskatīts, ka enerģiju dzenošā inflācija sadalās daļiņās, sacīja Ilinoisas universitātes fizikas doktorante un galvenā pētījuma autore Račela Ngujena.
"Kad šīs daļiņas ir saražotas, tās lielās apkārt un klauvē viena otrai, nododot impulsu un enerģiju," Nguyen pastāstīja Live Science. "Un tas ir tas, kas silda un atkārtoti silda Visumu, lai iestatītu sākotnējos nosacījumus Lielajam sprādzienam."
Savā modelī Nguyen un viņas kolēģi imitēja eksotisko matērijas formu, ko sauc par inflatoniem, izturēšanos. Zinātnieki domā, ka šīs hipotētiskās daļiņas, kas pēc būtības ir līdzīgas Higsa bozonam, izveidoja enerģijas lauku, kas virzīja kosmisko inflāciju. Viņu modelis parādīja, ka pareizajos apstākļos inflatonu enerģiju var efektīvi sadalīt, lai radītu daļiņu daudzveidību, kas nepieciešama Visuma sildīšanai. Viņi savus rezultātus publicēja 24. oktobrī žurnālā Physical Review Letters.
Tīģelis augstas enerģijas fizikai
"Kad mēs pētām agrīno Visumu, tas, ko mēs patiešām darām, ir daļiņu eksperiments ļoti, ļoti augstā temperatūrā," sacīja Toms Giblins, Fizikas asociētais profesors Kenjona koledžā Ohaio un pētījuma līdzautors. "Pāreja no aukstā inflācijas perioda uz karsto periodu ir tāda, kurai vajadzētu būt dažiem pamatotiem pierādījumiem par to, kādas daļiņas patiesībā pastāv šajās ārkārtīgi lielajās enerģijās."
Viens pamatjautājums, kas nomoka fiziķus, ir tas, kā gravitācija uzvedas pie galējām enerģijām, kas atrodas inflācijas laikā. Alberta Einšteina vispārējās relativitātes teorijā tiek uzskatīts, ka gravitācija vienādi ietekmē visu matēriju, kur gravitācijas spēks ir nemainīgs neatkarīgi no daļiņas enerģijas. Tomēr dīvainās kvantu mehānikas pasaules dēļ zinātnieki domā, ka pie ļoti augstas enerģijas matērija atšķirīgi reaģē uz gravitācijas spēku.
Komanda iekļāva šo pieņēmumu savā modelī, pielāgojot, cik spēcīgi daļiņas mijiedarbojās ar smagumu. Viņi atklāja, ka, jo vairāk viņi palielināja gravitācijas spēku, jo efektīvāk inflatoni nodeva enerģiju, lai ražotu karstā materiāla daļiņu zooloģisko dārzu, kas tika atrasts Lielā sprādziena laikā.
Tagad viņiem jāatrod pierādījumi, lai atbalstītu savu modeli kaut kur Visumā.
"Visumam ir tik daudz noslēpumu, kas kodēti ļoti sarežģītā veidā," Giblin stāstīja Live Science. "Mūsu pienākums ir uzzināt par realitātes dabu, nācot klajā ar dekodēšanas ierīci - veidu, kā iegūt informāciju no Visuma. Mēs izmantojam simulācijas, lai izteiktu prognozes par to, kā Visumam vajadzētu izskatīties, lai mēs faktiski varētu sākt tā dekodēšanu. Šim sildīšanas periodam vajadzētu atstāt iespaidu kaut kur Visumā. Tas mums vienkārši jāatrod. "
Bet atrast šo nospiedumu var būt sarežģīti. Mūsu vispasaules ieskats ir radiācijas burbulis, kas palicis pāri no dažiem simtiem tūkstošu gadu pēc Lielā sprādziena, ko sauc par kosmisko mikroviļņu fonu (CMB). Tomēr CMB tikai norāda uz Visuma stāvokli pirmajās pirmajās dzimšanas kritiskajās sekundēs. Fizikāli, piemēram, Giblins, cer, ka gravitācijas viļņu novērojumi nākotnē sniegs pēdējos norādījumus.
