V zgodbi o nastanku našega vesolja je luknja. Prvič, vesolje se napihne hitro, kot balon. Potem pa se je vse razmahnilo.
Kako pa sta ti dve obdobji povezani, so fiziki izmikali. Zdaj nova študija predlaga način, kako povezati obe epohi.
V prvem obdobju je vesolje zraslo iz skoraj neskončno majhne točke na skoraj oktil (to je 1, ki ji sledi 27 ničel), velikosti manj kot trilijono sekunde. Temu inflacijskemu obdobju je sledilo bolj postopno, a nasilno obdobje širitve, ki ga poznamo kot Big Bang. Med velikim praskom se je neverjetno vroča ognjena krogla osnovnih delcev - kot so protoni, nevtroni in elektroni - razširila in ohladila, da bi tvorila atome, zvezde in galaksije, ki jih vidimo danes.
Teorija Big Bang, ki opisuje kozmično inflacijo, ostaja najbolj podprta razlaga, kako se je začelo naše vesolje, vendar znanstveniki še vedno zmedejo, kako so povezana ta povsem različna obdobja širjenja. Da bi rešili to kozmično težavo, je skupina raziskovalcev s Kenyon Collegea, Massachusetts Institute of Technology (MIT) in nizozemske univerze Leiden simulirala kritični prehod med kozmično inflacijo in velikim praskom - obdobje, ki mu pravijo "ogrevanje".
"Obdobje po inflaciji, ki segreva, postavlja pogoje za Big Bang in v nekem smislu pravi" prasak "v velikem udaru," je v izjavi povedal profesor fizike na MIT David Kaiser. "To je mostno obdobje, ko se ves pekel razbije in materija se obnaša na kaj drugega kot na preprost način."
Ko se je vesolje med kozmično inflacijo v trenutku razširilo, se je razširila vsa obstoječa snov, ki je vesolje pustila hladno in prazno, brez vroče juhe delcev, potrebnih za vžig Velikega poka. V obdobju ponovnega ogrevanja naj bi inflacija, ki poganja energijo, propadla v delce, je povedala Rachel Nguyen, doktorska študentka fizike na Univerzi v Illinoisu in vodilna avtorica študije.
"Ko se ti delci ustvarijo, se odbijejo in trkajo drug v drugega, pri čemer prenašajo zagon in energijo," je Nguyen povedal Live Science. "In to termizira in segreva vesolje, da bi postavilo začetne pogoje za Big Bang."
Nguyen in njeni sodelavci so v svojem modelu simulirali vedenje eksotičnih oblik snovi, imenovanih inflatons. Znanstveniki menijo, da so ti hipotetični delci, po naravi podobni Higgsovemu bozonu, ustvarili energetsko polje, ki je poganjalo kozmično inflacijo. Njihov model je pokazal, da bi bilo mogoče v pravilnih pogojih energijo inflatonov učinkovito prerazporediti, da bi ustvarili raznolikost delcev, potrebnih za ponovno segrevanje vesolja. Svoje rezultate so objavili 24. oktobra v reviji Physical Review Letters.
Lonček za visokoenergetsko fiziko
"Ko preučujemo zgodnje vesolje, to, kar resnično počnemo, je eksperiment z delci pri zelo, zelo visokih temperaturah," je dejal Tom Giblin, izredni profesor fizike na Kenyon College v Ohiu in soavtor študije. "Prehod iz obdobja hladne inflacije v vroče obdobje bi moral biti nekaj ključnega dokaza o tem, kakšni delci v resnici obstajajo pri teh izjemno visokih energijah."
Eno temeljno vprašanje, ki se muči fizikom, je, kako se gravitacija obnaša pri ekstremnih energijah, ki so prisotne med inflacijo. V teoriji splošne relativnosti Alberta Einsteina se verjame, da gravitacija vpliva na celotno snov na enak način, kjer je moč gravitacije konstantna, ne glede na energijo delca. Vendar pa zaradi čudnega sveta kvantne mehanike znanstveniki menijo, da se materija pri zelo visoki energiji odziva na gravitacijo drugače.
Skupina je to domnevo vključila v svoj model s preučitvijo, kako močno so delci medsebojno delovali z gravitacijo. Odkrili so, da bolj ko so povečali moč gravitacije, učinkoviteje so inflatoni prenašali energijo za proizvodnjo živalskega vrta delcev vroče snovi, ki so jih našli med velikim praskom.
Zdaj morajo najti dokaze, da bodo svoj model podkrepili nekje v vesolju.
"Vesolje skriva toliko skrivnosti, kodiranih na zelo zapletene načine," je Giblin povedal Live Science. "Naša naloga je, da spoznamo naravo resničnosti s pripravo dekodirne naprave - način črpanja informacij iz vesolja. S simulacijami oblikujemo napovedi, kako naj bi izgledalo vesolje, da ga bomo dejansko lahko začeli dekodirati. To obdobje ponovnega segrevanja bi moralo pustiti pečat nekje v vesolju. Moramo ga le najti. "
Toda ugotoviti ta odtis bi bilo lahko težavno. Naš najzgodnejši pogled na vesolje je mehurček sevanja, ki je ostal od nekaj sto tisoč let po velikem udaru, imenovan kozmično mikrovalovno ozadje (CMB). Kljub temu CMB namiguje na stanje vesolja v tistih prvih kritičnih sekundah rojstva. Fiziki, kot je Giblin, upajo, da bodo prihodnja opazovanja gravitacijskih valov zagotovila končne namige.
