Поставянето на “взрива” в Големия взрив

Тъй като теорията за Големия взрив продължава, някъде преди около 13,8 милиарда години Вселената избухна като същество като безкрайно малка, компактна огнена топка от материя, която се охлаждаше с разширяването си, предизвиквайки реакции, приготвили първите звезди и галактики и всички форми на материя, която виждаме (и сме) днес.

Точно преди Големият взрив да изстреля Вселената върху нейния непрекъснато разширяващ се курс, физиците смятат, че е имало друга, по-експлозивна фаза на ранната Вселена в игра: космическа инфлация, която продължи по-малко от трилионна част от секундата. През този период материята – студен, хомогенен гуп – се надува експоненциално бързо, преди процесите на Големия взрив да поемат по-бавно разширяване и диверсификация на детската вселена.

Последните наблюдения независимо подкрепиха теориите както за Големия взрив, така и за космическата инфлация. Но двата процеса са толкова коренно различни един от друг, че учените се надпреварват да представят как един следват другия.

Сега физиците от MIT, Kenyon College и на други места са симулирали подробно посредническа фаза на ранната Вселена, която може да е свързала космическата инфлация с Големия взрив. Тази фаза, известна като “подгряване”, настъпи в края на космическата инфлация и включваше процеси, които пребориха студената, равномерна материя на инфлацията в ултрахотната, сложна супа, която беше в началото на Големия взрив.

“Периодът за повторно нагряване след постигане на инфлацията създава условия за Големия взрив и в някакъв смисъл поставя” взрива “в Големия взрив”, казва Дейвид Кайзер, професор по история на науките Гермесхаузен и професор по физика в MIT. “Това е този мостов период, в който целият ад се разпада и материята се държи по всичко друго, освен по прост начин.”

Кайзер и неговите колеги симулираха подробно как много форми на материя биха взаимодействали през този хаотичен период в края на инфлацията. Техните симулации показват, че екстремната енергия, която задвижва инфлацията, може да бъде преразпределена също толкова бързо, в още по-малка част от секундата и по начин, който да създаде условия, които биха били необходими за старта на Големия взрив.

Екипът откри, че тази екстремна трансформация би била още по-бърза и по-ефективна, ако квантовите ефекти променят начина, по който материята реагира на гравитацията при много високи енергии, отклонявайки се от начина, по който теорията на общата относителност на Айнщайн предсказва материята и гравитацията трябва да си взаимодействат.

„Това ни дава възможност да разкажем непрекъсната история, от инфлацията до периода на постинфлация, до Големия взрив и след това“, казва Кайзер. “Можем да проследим непрекъснат набор от процеси, всички с известна физика, за да кажем, че това е един правдоподобен начин, по който Вселената дойде да изглежда така, както я виждаме днес.”

Резултатите на екипа се появяват днес в писма за физически преглед. Съавтори на Кайзер са водещата автор Рейчъл Нгуен и Джон Т. Гиблин, и двамата от колежа „Кениън“, и бившият аспирант на MIT Евангелос Сфакианакис и Жоринде ван де Вис, двамата от университета в Лайден в Холандия.

„В синхрон със себе си“

Теорията за космическата инфлация, предложена за първи път през 80-те години на миналия век от Alan Guth от MIT, V.F. Професорът по физика Вайскопф предвижда, че Вселената е започнала като изключително малко петънце от материята, вероятно около сто милиарда размер на протона. Това петно ​​беше изпълнено с ултра-високо енергийна материя, толкова енергична, че натискът вътре генерира отблъскваща гравитационна сила – движещата сила зад инфлацията. Подобно на искра до предпазител, тази гравитационна сила експлодира детската вселена навън, с все по-бърза скорост, надувайки я до почти осмолион пъти повече от първоначалния си размер (това е числото 1, последвано от 26 нули), по-малко от трилионна част от секунда.

Кайзер и неговите колеги се опитаха да разберат как може да изглеждат най-ранните фази на повторното нагряване – този мостов интервал в края на космическата инфлация и точно преди Големия взрив.

“Най-ранните фази на повторното нагряване трябва да бъдат белязани с резонанси. Една форма на високоенергийна материя доминира и тя се разклаща напред-назад в синхрон със себе си в големи пространства на пространството, което води до експлозивно производство на нови частици”, казва Кайзер. „Това поведение няма да трае вечно и след като започне да прехвърля енергия във втора форма на материя, собствените му люлки ще станат по-раздвоени и неравномерни в пространството. Искахме да измерим колко време ще отнеме този резонансен ефект , а произведените частици да се разпръснат една от друга и да стигнат до някакво топлинно равновесие, напомнящо на условията на Големия взрив. “

Компютърните симулации на екипа представляват голяма решетка, върху която те очертават множество форми на материята и проследяват как тяхната енергия и разпределение се променят в пространството и във времето, докато учените изменят определени условия. Първоначалните условия на симулацията се основаваха на конкретен инфлационен модел – набор от прогнози как може да се е справило ранното разпределение на материята по време на космическа инфлация.


Share:

fitness4ladies

Leave a Comment