Физиците са симулирали първичната квантова структура на нашата Вселена

Постинфлационните структури изглеждат зловещо като нашата Вселена. (Йенс Нимайер, Университет на Гьотинген)

Надникнете достатъчно дълго в небесата и Вселената започва да прилича на град през нощта. Галактиките придобиват характеристиките на уличните лампи, които се разхвърлятоколности на тъмната материя, свързани с магистрали от газ, които минават по бреговете намеждугалактическо нищожество.

Тази карта на Вселената беше предопределена, изложена в най-малките тръпки на квантовата физика моменти след Голям взрив изстрелян в разширяване на пространството и времето преди около 13,8 милиарда години.

И все пак какви точно са били тези колебания и как те са задвижили физиката, която ще види атомите да се събират в масивните космически структури, които виждаме днес, все още е далеч от яснота.

Скорошен математически анализ на моментите след период, наречен инфлационна епоха разкрива, че някакъв вид структура може да е съществувала дори в кипящата квантова пещ, изпълнила младата Вселена, и може да ни помогне да разберем по-добре нейното разположение днес.

Астрофизици от университета в Гьотинген в Германия и университета в Оукланд в Нова Зеландия използваха комбинация от симулации на движение на частици и някаква гравитация/ квантово моделиране да се предскаже как могат да се образуват структури при кондензацията на частици след настъпване на инфлация.

Мащабът на този вид моделиране е малко умопомрачителен. Говорим за маси до 20 килограма, притиснати в пространство от едва 10-двайсетметра напречно, във време, когато Вселената е била само 10-24секунди стари.

„Физическото пространство, представено от нашата симулация, ще се побере в един протон милион пъти,“ казах астрофизик Йенс Нимайер от университета в Гьотинген.

„Това вероятно е най-голямата симулация на най-малката област от Вселената, която е била извършвана досега.“

Повечето от това, което знаем за този ранен етап от съществуването на Вселената, се основава точно на този вид математическо издирване. Най-старата светлина, която все още можем да видим да мига през Вселената, еКосмическо фоново лъчение(CMB), а цялото шоу вече е било на път от около 300 000 години дотогава.

Но в това слабо ехо на древна радиация има някои улики за това какво се случва.

Светлината на CMB се излъчва като основни частици, комбинирани в атоми от горещата, гъста супа от енергия, в това, което е известно като епоха на рекомбинация.

Карта на това фоново лъчение в небето показва, че нашата Вселена вече е имала някаква структура на няколкостотин хиляди години. Имаше малко по-хладни части и малко по-топли частици, които можеха да тласнат материята в области, в които в крайна сметка щяха да се запалят звезди, галактики спираловидно и маси да се съберат в космическия град, който виждаме днес.

Това поставя въпрос.

Пространството, съставляващо нашата Вселена, се разширява, което означава, че Вселената някога трябва да е била много по-малка. Така че е логично, че всичко, което виждаме около нас сега, някога е било натъпкано в твърде тесен обем, за да се появят такива топли и хладни петна.

Като чаша от кафе в пещ нямаше как която и да е част да се охлади преди да загрее отново.

Инфлационният период беше предложен като начин за решаване на този проблем. В рамките на трилионни от секундата след Големия взрив, нашата Вселена скочи по размер с безумна сума, като по същество замрази всички вариации в квантовата скала.

Да се ​​каже, че това се е случило в миг на око, все още не би било справедливо. Щеше да започне около 10-36секунди след Големия взрив и приключи с 10-32секунди. Но беше достатъчно дълъг, за да може пространството да щракне в пропорции, които попречиха на малките промени в температурата да се изгладят отново.

Изчисленията на изследователите се фокусират върху този кратък момент след инфлацията, демонстрирайки как елементарни частици, втвърдяващи се от пяната на квантовите вълни по това време, биха могли да генерират кратки ореоли от материя, достатъчно плътни, за да набръчкат самото пространство-време.

„Формирането на такива структури, както и техните движения и взаимодействия, трябва да са генерирали фонов шум от гравитационни вълни ,' казах Астрофизикът от университета в Гьотинген Бенедикт Егемайер, първият автор на изследването.

„С помощта на нашите симулации можем да изчислим силата на това гравитационна вълна сигнал, който може да бъде измерим в бъдеще.

В някои случаи интензивните маси на такива обекти биха могли да изтеглят материятапървични черни дупки, обекти, за които се предполага, че допринасят за мистериозното привличане на тъмна материя .

Фактът, че поведението на тези структури имитира широкомащабното струпване на нашата Вселена днес, не означава непременно, че е пряко отговорно за днешното разпределение на звезди, газ и галактики.

Но сложната физика, разгръщаща се сред тези прясно изпечени частици, може все още да се вижда в небето, сред онзи вълнист пейзаж от мигащи светлини и тъмни празнини, които наричаме Вселената.

Това изследване е публикувано в Физически преглед D .

Версия на тази статия беше публикувана за първи път през март 2021 г.

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.