Evrenin ilk anında, her şey sıcak ve yoğun ve mükemmel bir dengeydi. Onları anlayacağımız herhangi bir parçacık, bugün daha az yıldız, hatta boşluk bırakan boşluk yoktu. Alanın tamamı homojen, biçimsiz, sıkıştırılmış malzeme ile dolduruldu.
Sonra bir şey düştü. Tüm bu monoton istikrar kararsız hale geldi. Madde garip kuzeni antimadde'yi kazandı ve tüm alana hakim olmaya başladı. Bu maddenin bulutları oluştu ve yıldızlara dönüştü, galaksilere dönüştü. Bildiğimiz her şey var olmaya başladı.
Peki, evreni biçimsiz durumundan çıkarmak için ne oldu?
Bilim adamları hala emin değiller. Ancak araştırmacılar, laboratuvarda erken evrenin büyük dengesizliğine neden olabilecek bir tür kusuru modellemenin yeni bir yolunu buldular. Bilim adamları, bugün (16 Ocak) Nature Communications dergisinde yayınlanan yeni bir makalede, varlığın ilk anlarını modellemek için aşırı soğutulmuş helyumu kullanabildiklerini - özellikle de sadece varolan olası bir dizi koşulu yeniden oluşturmak için kullandıklarını gösterdiler. Big Bang'den sonra.
Bu önemlidir çünkü evren fizikçilerin "simetri" olarak adlandırdığı dengeleme eylemleriyle doludur.
Bazı önemli örnekler: Fizik denklemleri zaman içinde hem ileri hem de geri çalışır. Evrendeki tüm negatif yüklü parçacıkları iptal etmek için yeterli pozitif yüklü parçacıklar vardır.
Fakat bazen simetriler kırılır. İğnenin ucunda dengelenmiş mükemmel bir küre şu veya bu şekilde düşer. Bir mıknatısın iki özdeş tarafı kuzey ve güney kutuplarına ayrılır. Madde erken evrendeki karşıt madde üzerinde kazanır. Spesifik temel parçacıklar erken evrenin biçimsizliğinden ortaya çıkar ve birbirinden ayrık kuvvetler aracılığıyla etkileşime girer.
Finlandiya'daki Aalto Üniversitesi'nden doktora öğrencisi Jere Mäkinen, "Büyük Patlama'nın varlığını belirtildiği gibi alırsak, evren şüphesiz bazı simetri kırıcı geçişlere uğradı."
Kanıta mı ihtiyacınız var? Çevremizde. Her masa ve sandalye ve galaksi ve ördek gagalı platypus, bir şeyin erken evreni erken, düz durumundan ve mevcut karmaşıklığına devirdiğinin kanıtıdır. Tekdüze bir boşlukta potansiyel olmak yerine buradayız. Bu simetriyi bozan bir şey oldu.
Fizikçiler, simetriyi "topolojik kusurları" bozan bazı rastgele dalgalanmaları çağırırlar.
Özünde, topolojik kusurlar, başka bir şekilde homojen bir alanda bir şeyin sakatlandığı yerlerdir. Bir kerede bir aksama ortaya çıkıyor. Bu, bir laboratuar deneyinde olduğu gibi dış müdahale nedeniyle olabilir. Ya da bilim adamlarının erken evrende olduğundan şüphelenildiği gibi rastgele ve gizemli bir şekilde olabilir. Topolijik bir kusur oluştuğunda, düzgün bir akışta dalgalanmalar oluşturan bir kaya gibi düzgün bir alanın ortasında oturabilir.
Bazı araştırmacılar, erken evrenin biçimsiz şeylerindeki belirli topolojik kusurların bu ilk simetri kırıcı geçişlerde rol oynamış olabileceğine inanıyorlar. Bu kusurlar, "yarım kuantum girdapları" (biraz girdaplara benzeyen enerji ve madde kalıpları) ve "tellerle sınırlanmış duvarlar" (her iki tarafta iki birer tane ile sınırlanmış iki boyutlu duvarlardan oluşan manyetik yapılar) adı verilen yapıları içerebilir. boyutlu "dizeler"). Kendiliğinden ortaya çıkan bu yapılar, aksi simetrik sistemlerde maddenin akışını etkiler ve bazı araştırmacılar, bu yapıların evreni bugün gördüğümüz yıldızlara ve galaksilere toparlamada rol oynadığından şüphelenir.
Araştırmacılar daha önce laboratuvarlarında aşırı soğutulmuş gazların ve süperiletkenlerin manyetik alanlarında bu tür kusurları yaratmışlardı. Ancak kusurlar bireysel olarak ortaya çıktı. Mäkinen, modern evrenin kökenini açıklamak için topolojik kusurları kullanan çoğu teorinin "kompozit" kusurları içerdiğini söyledi - konserde çalışan birden fazla kusur.
Mäkinen ve yardımcı yazarları, mutlak sıfırın üzerindeki bir dereceye kadar soğutulan ve küçük odalara sıkıştırılan sıvı helyum içeren bir deney tasarladılar. Bu küçük kutuların karanlığında, aşırı soğutulmuş helyumda yarım kuantum girdaplar ortaya çıktı.
Daha sonra, araştırmacılar helyumun koşullarını değiştirdiler ve iki farklı çeşit sıvı veya viskozitesi olmayan sıvılar arasında bir dizi faz geçişinden geçmesine neden oldular. Bunlar, bir katıdan bir sıvıya veya gaza dönüşen suya benzer faz geçişleridir, ancak çok daha aşırı koşullar altında.
Faz geçişleri simetrinin bozulmasına neden olur. Örneğin, sıvı su birçok farklı yöne yönlenebilen moleküllerle doludur. Ancak o suyu dondurun ve moleküller belirli pozisyonlarda yerine kilitlenir. Simetrideki benzer kopmalar, deneylerdeki aşırı akışkan faz geçişleri ile meydana gelir.
Yine de, aşırı akışlı helyum faz geçişlerinden geçtikten sonra, girdaplar kaldı - dizelerle sınırlanmış duvarlarla korunuyordu. Girdaplar ve duvarlar birlikte kompozit topolojik kusurlar oluşturdu ve simetri kırıcı faz geçişlerinden sağ çıktı. Bu şekilde, araştırmacılar makalede yazdı, bu nesneler bazı evrenlerin erken evrende oluştuğunu öne süren kusurları yansıtıyordu.
Bu, Mäkinen ve yardımcı yazarlarının, erken evrende simetrinin nasıl patladığını anladıkları anlamına mı geliyor? Kesinlikle hayır. Onların modeli sadece "büyük birleşik teoriler" in erken evrenin nasıl şekillendiğine dair belirli yönlerinin bir laboratuvarda - özellikle, bu teorilerin topolojik kusurları içeren bölümlerinde çoğaltılabileceğini gösterdi. Bu teorilerin hiçbiri fizikçiler tarafından geniş çapta kabul edilmez ve bunların hepsi büyük bir teorik çıkmaz olabilir.
Ancak Mäkinen'in çalışması, bu tür kusurların Büyük Patlama'dan sonraki anları nasıl şekillendirdiğini araştırmak için daha fazla deneylere kapı açıyor. Ve bu çalışmalar kesinlikle bilim insanlarına kuantum alanı hakkında yeni bir şey öğretiyor. Açık soru şudur: Fizikçiler minik kuantum dünyası hakkındaki bu detayları kesin olarak tüm evrenin davranışıyla ilişkilendirecekler mi?
