Има една дупка в историята как е станала нашата Вселена. Първо, Вселената се надува бързо, като балон. След това всичко се развихри.
Но как тези два периода са свързани, избяга физиците. Сега ново проучване предлага начин да се свържат двете епохи.
През първия период Вселената нарасна от почти безкрайно малка точка до почти октилион (това е 1, последвано от 27 нули) пъти по-малко от трилионна част от секундата. Този период на инфлация беше последван от по-постепенен, но насилствен период на разрастване, който познаваме като Големия взрив. По време на Големия взрив невероятно гореща огнена топка от основни частици - като протони, неутрони и електрони - се разширява и охлажда, за да образува атомите, звездите и галактиките, които виждаме днес.
Теорията за Големия взрив, която описва космическата инфлация, остава най-подкрепеното обяснение за начина, по който е започнала нашата Вселена, но учените все още са объркани от това как са свързани тези напълно различни периоди на разширяване. За да разрешат тази космическа главоблъсканица, екип от изследователи от колежа „Кениън“, Масачузетския технологичен институт (MIT) и холандския университет в Лайден симулираха критичния преход между космическата инфлация и Големия взрив - период, който наричат „подгряване“.
"Периодът след нагряване след инфлация създава условията за Големия взрив и в някакъв смисъл поставя" взрива "в Големия взрив", казва в изявление Дейвид Кайзер, професор по физика в MIT. "Това е този мостов период, в който целият ад се разпада и материята се държи по всичко друго, но не по прост начин."
Когато Вселената се разшири в секунда по време на космическа инфлация, цялата съществуваща материя се разнесе, оставяйки Вселената на студено и празно място, лишена от горещата супа от частици, необходими за възпламеняване на Големия взрив. По време на периода на повторно нагряване се смята, че енергията, задвижваща енергията, се разпада на частици, каза Рейчъл Нгуен, докторант по физика в Университета на Илинойс и водещ автор на изследването.
"След като тези частици се произведат, те се отскачат и се блъскат една в друга, прехвърляйки инерция и енергия", казва Нгуен пред Live Science. "И това е, което термизира и подгрява вселената, за да постави първоначалните условия за Големия взрив."
В своя модел Нгуен и нейните колеги симулират поведението на екзотични форми на материята, наречени инфлатони. Учените смятат, че тези хипотетични частици, подобни по природа на бозона на Хигс, създават енергийното поле, което задвижва космическата инфлация. Техният модел показа, че при правилните условия енергията на инфлатоните може да бъде преразпределена ефективно, за да създаде многообразието от частици, необходими за повторното нагряване на Вселената. Те публикуват резултатите си 24 октомври в списанието Physical Review Letters.
Тигел за високоенергийна физика
"Когато изучаваме ранната Вселена, това, което всъщност правим, е експеримент с частици при много, много високи температури", казва Том Гиблин, доцент по физика в Kenyon College в Охайо и съавтор на изследването. "Преходът от студения инфлационен период към горещия период е този, който трябва да съдържа някои ключови доказателства за това какви частици наистина съществуват при тези изключително високи енергии."
Един основен въпрос, който порази физиците, е как гравитацията се държи при екстремните енергии, присъстващи по време на инфлация. В теорията на Алберт Айнщайн за общата относителност се смята, че цялата материя е засегната от гравитацията по същия начин, където силата на гравитацията е постоянна, независимо от енергията на частицата. Поради странния свят на квантовата механика, учените смятат, че при много високи енергии материята реагира на гравитацията по различен начин.
Екипът включи това предположение в модела си, като настрои колко силно частиците взаимодействат с гравитацията. Те откриха, че колкото повече увеличават силата на гравитацията, толкова по-ефективно инфлатоните прехвърлят енергия за производството на зоологическата градина от частици гореща материя, открити по време на Големия взрив.
Сега те трябва да намерят доказателства, за да подкрепят своя модел някъде във Вселената.
"Вселената пази толкова много тайни, кодирани по много сложни начини", каза Гиблин пред Live Science. „Наша работа е да научим за същността на реалността, като измислим декодиращо устройство - начин за извличане на информация от Вселената. Използваме симулации, за да правим прогнози за това как трябва да изглежда Вселената, така че всъщност да започнем да я декодираме. Този период на повторно нагряване трябва да остави отпечатък някъде във Вселената. Просто трябва да го намерим. "
Но намирането на този отпечатък може да бъде сложно. Най-ранният ни поглед към Вселената е балон от радиация, останал от няколкостотин хиляди години след Големия взрив, наречен космически микровълнов фон (CMB). И все пак CMB загатва само за състоянието на Вселената през тези първи критични секунди от раждането. Физици като Гиблин се надяват бъдещите наблюдения на гравитационните вълни да дадат последната информация.
