Още в първия миг на Вселената всичко беше горещо и плътно и в перфектен баланс. Нямаше частици, както бихме ги разбрали, още по-малко звезди или дори вакуумът, който прониква в пространството днес. Цялото пространство беше изпълнено с хомогенни, безформени, компресирани неща.
След това нещо се подхлъзна. Цялата тази монотонна стабилност стана нестабилна. Матер спечели над странния си братовчед, антиматерия и дойде да доминира над цялото пространство. Облаците от тази материя се образуваха и се разпаднаха в звезди, които се организираха в галактики. Всичко, за което знаем, започна да съществува.
И така, какво се случи, за да извади Вселената от безформеното си състояние?
Учените все още не са сигурни. Но изследователите са измислили нов начин да моделират в лабораторията вида на дефекта, който би могъл да причини големия баланс на ранната Вселена. В нов документ, публикуван днес (16 януари) в списанието Nature Communications, учените показаха, че те могат да използват преохладен хелий за моделиране на първите моменти на съществуване - по-специално, за да създадат отново един възможен набор от условия, които може би са съществували просто след Големия взрив.
Това има значение, защото Вселената е пълна с балансиращи актове, които физиците наричат „симетрии“.
Някои основни примери: Уравненията на физиката работят по същия начин както във времето, така и назад във времето. Във Вселената има само достатъчно положително заредени частици, които да отменят всички отрицателно заредени частици.
Но понякога симетриите се нарушават. Перфектна сфера, балансирана на върха на иглата, пада по един или друг начин. Две еднакви страни на магнит се разделят на северен и южен полюс. Материята печели над антиматерията в ранната Вселена. Специфични фундаментални частици излизат от безформеността на ранната вселена и си взаимодействат помежду си чрез дискретни сили.
"Ако приемем съществуването на Големия взрив за даденост, Вселената несъмнено е претърпяла някои преходни нарушения на симетрията", заяви пред Live Science Джере Мекинен, водещият автор на изследването и докторант от университета в Аалто във Финландия.
Нуждаете се от доказателство? Всичко е около нас. Всяка маса и стол, галактика и плаченик с патици са доказателство, че нещо е извело ранната Вселена от нейното ранно, плоско състояние и в сегашната й сложност. Тук сме, вместо да сме потенциали в еднаква празнота. И така, нещо наруши тази симетрия.
Физиците наричат някои от случайните колебания, които нарушават симетрията, „топологични дефекти“.
По същество топологичните дефекти са места, при които нещо става неясен в иначе еднообразно поле. Веднага наведнъж се появява смущение. Това може да се случи поради външна намеса, като в лабораторен експеримент. Или може да се случи случайно и мистериозно, като учените подозират, че се е случило в ранната Вселена. След като се образува тополигичен дефект, той може да седи в средата на равномерно поле, като камък, създаващ пулсации в плавен поток.
Някои изследователи смятат, че конкретни видове топологични дефекти в безформените неща от ранната Вселена може да са изиграли роля в тези първи преходи, нарушаващи симетрията. Тези дефекти може да са включили структури, наречени „полуквантни вихри“ (модели на енергия и материя, които приличат малко на водовъртежи) и „стени, ограничени от струни“ (магнитни структури, направени от двуизмерни стени, ограничени от двете страни с две едно- размерни "струни"). Тези спонтанно възникващи структури влияят на потока на материята в иначе симетрични системи и някои изследователи подозират, че тези структури са играли роля за сплотяването на Вселената в звездите и галактиките, които виждаме днес.
Преди това изследователите са създавали подобни дефекти в магнитните полета на преохладени газове и свръхпроводници в лабораториите си. Но дефектите се появиха индивидуално. Повечето теории, които използват топологични дефекти, за да обяснят произхода на съвременната Вселена, включват "съставни" дефекти, каза Мякинен - повече от един дефект, работещ съгласувано.
Mäkinen и неговите съавтори проектират експеримент, включващ течен хелий, охладен до фракции със степен над абсолютна нула и пресован в малки камери. В тъмнината на онези малки кутии се появиха полуквантови вихри в преохладения хелий.
След това изследователите промениха условията на хелия, като го накараха да премине през серия от фазови преходи между два различни вида свръхтечности или течности без вискозитет. Това са фазови преходи, подобни на вода, превръщаща се от твърдо вещество в течност или газ, но при много по-екстремни условия.
Фазовите преходи причиняват нарушаване на симетрията. Например течната вода е пълна с молекули, които могат да се ориентират в много различни посоки. Но замразете тази вода и молекулите се фиксират на място в определени позиции. Подобни прекъсвания в симетрията се случват със свръхтечни фазови преходи в експериментите.
И все пак, след като свръхтечният хелий премина през фазовите си преходи, вихрите останаха - защитени от стени, ограничени от струни. Заедно вихрите и стените образуват композитни топологични дефекти и оцеляват фазови преходи на симетрия. По този начин, изследователите пишат в статията, тези обекти отразяват дефекти, които някои теории предполагат, формирани в ранната Вселена.
Това означава ли, че Мекинен и неговите съавтори са разбрали как се е нарушила симетрията в ранната Вселена? Абсолютно не. Моделът им показа само, че някои аспекти на "великите обединени теории" за това как ранната Вселена е приела своята форма, могат да бъдат репликирани в лаборатория - по-конкретно, частите от тези теории, които включват топологични дефекти. Нито една от тези теории не е широко приета от физиците и всичко това би могло да бъде голяма теоретична задънена улица.
Но работата на Мякинен отваря вратата за повече експерименти, за да се проучи как тези видове дефекти може да са работили, за да оформят моментите след Големия взрив. И тези изследвания определено учат учените на нещо ново в квантовата сфера, каза той. Остава отворен въпросът: дали физиците някога ще свързват категорично тези подробности за мъничкия квантов свят с поведението на цялата вселена?
