Jau pirmuoju visatos momentu viskas buvo karšta, tanku ir tobula pusiausvyra. Dalelių nebuvo taip, kaip mes jas suprastume, juo labiau žvaigždžių ar net vakuumo, kuris šiandien skverbiasi į kosmosą. Visa erdvė buvo užpildyta vienalyčiais, beformiais, suspaustais daiktais.
Tada kažkas paslydo. Visas tas monotoniškas stabilumas tapo nestabilus. „Matter“ laimėjo per savo keistą pusbrolį antimateriją ir dominavo visoje erdvėje. Tos materijos debesys susiformavo ir sugriuvo į žvaigždes, kurios tapo organizuotos į galaktikas. Viskas, apie ką mes žinome, pradėjo egzistuoti.
Taigi, kas nutiko, kad Visata išstūmė iš savo formos?
Mokslininkai vis dar nėra tikri. Tačiau tyrėjai sugalvojo naują būdą laboratorijoje modeliuoti tokį defektą, kuris galėjo sukelti didelį ankstyvosios visatos pusiausvyros sutrikimą. Naujame, šiandien (sausio 16 d.) Paskelbtame žurnale „Nature Communications“ mokslininkai parodė, kad jie gali naudoti perkaitintą helį, kad galėtų modeliuoti tuos pirmuosius egzistavimo momentus - konkrečiai, norėdami iš naujo sukurti vieną galimą sąlygų, kurios galėjo egzistuoti kaip tik egzistavusių, rinkinį. po Didžiojo sprogimo.
Tai svarbu, nes visatoje pilna balansuojančių veiksmų, kuriuos fizikai vadina „simetrijomis“.
Keletas pagrindinių pavyzdžių: Fizikos lygtys veikia tiek pirmyn, tiek atgal laiku. Visatoje yra tik tiek teigiamai įkrautų dalelių, kad būtų pašalintos visos neigiamai įkrautos dalelės.
Bet kartais simetrija nutrūksta. Tobula sfera, subalansuota ant adatos galiuko, krinta vienaip ar kitaip. Dvi identiškos magneto pusės išsiskiria į šiaurės ir pietų polius. Ankstyvojoje visatoje svarbu laimėti dėl antimaterijos. Specifinės pagrindinės dalelės iškyla iš ankstyvosios Visatos beprasmybės ir sąveikauja viena su kita per atskiras jėgas.
„Jei laikysime, kad didelis sprogimas egzistuoja, kaip neabejotinai, Visata neabejotinai patyrė tam tikrus simetrijos lūžio pokyčius“, - „Live Science“ pasakojo Jere Mäkinen, pagrindinis tyrimo autorius ir Aalto universiteto Suomijoje doktorantas.
Reikia įrodymų? Tai visai šalia mūsų. Kiekvienas stalas ir kėdė, galaktika ir antys, kurių antis neapkrauna, yra įrodymas, kad kažkas išstūmė ankstyvąją visatą iš savo ankstyvosios, plokščiosios būsenos į dabartinį sudėtingumą. Mes esame čia, užuot buvę vienodoje tuštumoje. Taigi kažkas sumušė tą simetriją.
Kai kuriuos atsitiktinius simetriją svyruojančius svyravimus fizikai vadina „topologiniais defektais“.
Iš esmės topologiniai defektai yra dėmės, kuriose kažkas pasidaro nenusakoma kitaip vienodame lauke. Iš karto atsiranda sutrikimas. Tai gali atsitikti dėl išorės trukdžių, pavyzdžiui, atliekant laboratorinį eksperimentą. Arba tai gali atsitikti atsitiktinai ir paslaptingai, kaip mokslininkai įtaria, kad įvyko ankstyvojoje visatoje. Kai susidaro topoliginis defektas, jis gali sėdėti vienodo lauko viduryje, tarsi riedulys, sukuriantis bangas sklandžiame sraute.
Kai kurie tyrinėtojai mano, kad tam tikros rūšies topologiniai ankstyvosios visatos beformiai defektai galėjo suvaidinti tuos pirmuosius simetrijos lūžio pokyčius. Į tuos trūkumus galėjo būti įtrauktos struktūros, vadinamos „puskvankiniais sūkuriais“ (energijos ir materijos modeliai, kurie šiek tiek primena sūkurinius baseinus) ir „sienomis, apribotomis stygomis“ (magnetinės struktūros, pagamintos iš dvimatės sienos, apribotos iš abiejų pusių dviem viena- matmenų „stygos“). Tos spontaniškai atsirandančios struktūros daro įtaką materijos tekėjimui kitaip simetriškose sistemose, ir kai kurie tyrinėtojai įtaria, kad šios struktūros vaidino vaidmenį sutelkiant Visatą į žvaigždes ir galaktikas, kurias mes matome šiandien.
Tyrėjai anksčiau buvo sukūrę tokio tipo atšaldytų dujų ir superlaidininkų magnetinių laukų defektus savo laboratorijose. Bet trūkumai atsirado atskirai. Dauguma teorijų, kuriose topologiniai defektai paaiškinami šiuolaikinės visatos kilme, yra „sudėtiniai“ defektai, teigė Mäkinenas - ne vienas defektas, veikiantis kartu.
Mäkinenas su bendraautoriais suprojektavo eksperimentą, kuriame skystas helis buvo atvėsintas iki frakcijų, viršijančių absoliutų nulį, ir suspaustas į mažas kameras. Tų mažų dėžučių tamsoje peršaldytame helyje atsirado puskvantiniai sūkuriai.
Tuomet tyrėjai pakeitė helio sąlygas ir privertė jį pereiti fazių perėjimų tarp dviejų skirtingų superfluidų rūšių ar skysčių, neturinčių klampumo, fazių. Tai yra faziniai perėjimai, panašūs į vandenį, kuris iš kietos medžiagos virsta skysčiu ar dujomis, tačiau ekstremaliomis sąlygomis.
Dėl fazinių perėjimų simetrija nutrūksta. Pavyzdžiui, skystas vanduo yra pilnas molekulių, kurios gali orientuotis įvairiomis kryptimis. Bet vanduo užšaldytas ir molekulės užsiblokuoja tam tikrose vietose. Panašios simetrijos pertraukos įvyksta ir per skysčių fazių perėjimus eksperimentuose.
Vis tik po to, kai superfluidinis helis išgyveno savo fazinius perėjimus, sūkuriai liko - apsaugoti sienomis, apribotomis stygomis. Kartu sūkuriai ir sienos sudarė sudėtinius topologinius defektus ir išgyveno simetriją skaldančius fazių perėjimus. Tokiu būdu, tyrėjai rašė dokumente, šie objektai atspindėjo trūkumus, kuriuos kai kurios teorijos siūlo formuoti ankstyvojoje visatoje.
Ar tai reiškia, kad Mäkinenas ir jo bendraautoriai suprato, kaip simetrija nutrūko ankstyvojoje visatoje? Visiškai ne. Jų modelis parodė tik tai, kad laboratorijoje galima pakartoti tam tikrus grandiozinių suvienytų teorijų, kaip formavosi ankstyvoji visata, aspektus - konkrečiai tų teorijų dalis, kurios apima topologinius defektus. Nei viena iš šių teorijų nėra plačiai priimtina fizikų, ir visa tai gali būti didelė teorinė aklavietė.
Tačiau Mäkineno darbas atveria duris daugiau eksperimentų, siekiant ištirti, kaip šie defektai galėjo paveikti momentus po Didžiojo sprogimo. Ir šie tyrimai neabejotinai moko mokslininkus ką nors naujo apie kvantinę sritį, sakė jis. Lieka atviras klausimas: ar fizikai kada nors įtikinamai susies šias detales apie mažytį kvantų pasaulį su visos visatos elgesiu?
