V příběhu je, jak vznikl náš vesmír. Nejprve se vesmír rychle nafoukl jako balón. Pak se vše rozrostlo.
Ale jak jsou tato dvě období propojena, unikli fyzikům. Nová studie nyní navrhuje způsob, jak propojit obě epochy.
V prvním období se vesmír rozrostl z téměř nekonečně malého bodu na téměř osm miliard (to je 1 následovaný 27 nulami) krát ve velikosti za méně než biliónty sekundy. Po tomto období inflace následovalo postupnější, ale násilné období expanze, které známe jako Velký třesk. Během Velkého třesku se neuvěřitelně horká ohnivá koule základních částic - jako jsou protony, neutrony a elektrony - rozšířila a ochladila na atomy, hvězdy a galaxie, které dnes vidíme.
Teorie Velkého třesku, která popisuje kosmickou inflaci, zůstává nejrozšířenějším vysvětlením toho, jak náš vesmír začal, ale vědci jsou stále zmateni tím, jak jsou tato zcela odlišná období expanze spojena. K vyřešení tohoto kosmického hádanky simuloval tým vědců z Kenyon College, Massachusetts Institute of Technology (MIT) a nizozemské univerzity Leiden University kritický přechod mezi kosmickou inflací a Velkým třeskem - období, které nazývají „opětovným zahříváním“.
„Poinflační období opětovného zahřívání vytváří podmínky pro Velký třesk a v jistém smyslu dává„ Velký třesk “do Velkého třesku,“ uvedl David Kaiser, profesor fyziky na MIT. "Je to toto můstkové období, kdy se všechno peklo uvolní a hmota se chová jinak než jednoduše."
Když se vesmír během kosmické nafouknutí během několika vteřin rozšířil, rozprostřela se veškerá existující hmota, takže vesmír zůstal chladným a prázdným místem, prostý horké polévky částic potřebných k zapálení Velkého třesku. Během doby opětovného zahřívání se má za to, že inflace poháněná energií se rozpadá na částice, uvedla Rachel Nguyen, doktorandka fyziky na Illinois University a hlavní autor studie.
„Jakmile se tyto částice vytvoří, odrazí se a zaklepou do sebe, čímž přenesou hybnost a energii,“ řekl Nguyen Live Science. "A to je to, co termizuje a znovu zahřívá vesmír, aby stanovilo počáteční podmínky pro Velký třesk."
Ve svém modelu Nguyen a její kolegové simulovali chování exotických forem hmoty zvané inflatony. Vědci si myslí, že tyto hypotetické částice, podobné svým charakterem jako Higgsův boson, vytvořily energetické pole, které vedlo kosmickou inflaci. Jejich model ukázal, že za správných podmínek může být energie inflatonů efektivně distribuována, aby se vytvořila rozmanitost částic potřebných k opětovnému ohřátí vesmíru. Výsledky publikovali 24. října v časopise Physical Review Letters.
Kelímek pro fyziku s vysokou energií
„Když studujeme raný vesmír, opravdu děláme částicový experiment při velmi vysokých teplotách,“ řekl Tom Giblin, docent fyziky na Kenyon College v Ohiu a spoluautor studie. "Přechod ze studeného inflačního období do horkého období je takový, který by měl přinést některé klíčové důkazy o tom, jaké částice skutečně existují v těchto extrémně vysokých energiích."
Jednou ze základních otázek, která fyziky sužují, je, jak se gravitace chová při extrémních energiích přítomných během inflace. V teorii obecné relativity Alberta Einsteina se předpokládá, že veškerá hmota je ovlivněna gravitací stejným způsobem, kde je gravitační síla konstantní bez ohledu na energii částice. Avšak kvůli podivnému světu kvantové mechaniky si vědci myslí, že při velmi vysokých energiích hmota reaguje na gravitaci jinak.
Tým začlenil tento předpoklad do svého modelu vyladěním toho, jak silně částice interagovaly s gravitací. Zjistili, že čím více zvyšují sílu gravitace, tím účinněji inflatony přenášejí energii, aby vytvořily zoo částic horké hmoty nalezených během Velkého třesku.
Nyní musí najít důkazy, které by podpořily jejich model někde ve vesmíru.
„Vesmír má tolik tajemství zakódovaných velmi komplikovanými způsoby,“ řekl Giblin Live Science. "Je naší prací, abychom se dozvěděli o povaze reality přijetím s dekódovacím zařízením - způsobem, jak extrahovat informace z vesmíru. Pomocí simulací vytváříme předpovědi o tom, jak by vesmír měl vypadat, abychom ho mohli skutečně začít dekódovat." Toto období opětovného zahřívání by mělo zanechat otisk někde ve vesmíru.
Ale zjištění, že otisk může být složitý. Naším nejranějším pohledem na vesmír je bublina záření, která zbývala několik set tisíc let po Velkém třesku, zvaném kosmické mikrovlnné pozadí (CMB). Přesto CMB naznačuje pouze stav vesmíru během těch prvních kritických sekund narození. Fyzici jako Giblin doufají, že budoucí pozorování gravitačních vln poskytne konečné vodítka.
