Wiele pokoleń naukowców było przekonanych, że prawa fizyki są absolutnie symetryczne. Sama symetria jest
Odkryli to astronomowie z Uniwersytetu Florydypierwszy dowód koniecznego złamania symetrii w momencie stworzenia. Odkryli, że Wszechświat w pewnym momencie wolał jeden zestaw kształtów od ich lustrzanych odbić – doszło do naruszenia symetrii. Zgodnie z tą koncepcją, w historii naszego Wszechświata był bardzo krótki okres, kiedy prawa fizyki bardzo różniły się od dzisiejszych, co miało ogromne konsekwencje dla ewolucji Wszechświata.
W rezultacie naukowcy wyciągnęli dwa główne wnioski:Po pierwsze, to naruszenie parytetu może mieć wpływ na przyszłe galaktyki jedynie w okresie skrajnej inflacji w najwcześniejszych momentach istnienia Wszechświata, co potwierdza centralny element teorii Wielkiego Wybuchu dotyczącej początków kosmosu.
Po drugie, naruszenie parytetu jest równieżpomogłoby odpowiedzieć na być może najważniejsze pytanie w kosmologii: dlaczego cokolwiek w ogóle istnieje. Dzieje się tak, ponieważ do wyjaśnienia, dlaczego jest więcej materii niż antymaterii, wymagane jest naruszenie parzystości. Jest to ważny warunek, aby galaktyki, gwiazdy, planety i życie mogły uformować się w taki sposób.
„Zawsze interesowały mnie wielkie pytaniao Wszechświecie. Jaki jest początek Wszechświata? Na jakich zasadach się rozwija? Dlaczego jest coś, a nie nic? Niniejsza praca odpowiada na te ważne pytania” – wyjaśnia Zachary Slepian, profesor astronomii na Uniwersytecie Florydy, który kierował nowym badaniem.
Ideą symetrii parzystości jest to, że równaniafizycy są niezmiennikami przy odwróceniu zwierciadła. Prowadzi to do przewidywania, że lustrzane odbicie reakcji (takiej jak reakcja chemiczna lub rozpad radioaktywny) zachodzi w taki sam sposób, jak sama reakcja. Aby opisać tę cechę, naukowcy powszechnie używają terminu ręczność. Nasza lewa i prawa ręka są swoimi lustrzanymi odbiciami (warunkowo). Niemożliwe jest obrócenie lewej ręki w trzech wymiarach tak, aby wyglądała jak prawa, co oznacza, że zawsze można je rozróżnić.
Złamanie symetrii by to oznaczałoWszechświat preferuje kształt „leworęczny” lub „praworęczny”. Aby zrozumieć ręczność, czyli stronę, którą wybrał Wszechświat, naukowcy wyobrazili sobie wszystkie możliwe kombinacje czterech galaktyk połączonych wyimaginowanymi liniami w przestrzeni. Stworzyli trójwymiarowy obiekt – czworościan podobny do zakrzywionej piramidy – najprostszy kształt, który ma lustrzane odbicie. Zidentyfikowali prawoskrętne i lewoskrętne czworościany galaktyczne na podstawie powiązania galaktyk z najbliższymi i najdalszymi „partnerami” w tych wyimaginowanych kształtach.
Aby tego dokonać, naukowcy musieli dokonać analizybiliony wyimaginowanych czworościanów dla każdej z milionów galaktyk to ogromna liczba kombinacji. „W końcu zdaliśmy sobie sprawę, że potrzebujemy nowej matematyki” – piszą naukowcy.
Opracowali więc złożoną matematykęformuły, które umożliwiły wykonanie ogromnych obliczeń w rozsądnym czasie. To wciąż wymagało dużej mocy obliczeniowej. Naukowcy wykorzystali w tym celu superkomputer HiPerGator.
Ze względu na techniczne aspekty analizy jest to trudnenie mówią, czy Wszechświat „wybiera” kształty „praworęczne”, czy „leworęczne”, ale naukowcy zaobserwowali wyraźne dowody na to, że kosmos rzeczywiście ma preferencje. Wiarygodność wyników wyniosła siedem sigma. W fizyce wynik o wartości sigma wynoszącej pięć lub więcej jest zwykle uważany za wiarygodny, ponieważ prawdopodobieństwo losowego wyniku na tym poziomie jest zbyt małe.
Chociaż naukowcy są pewni tego sygnału naruszeniaparytetu, możliwe jest, że niepewność podstawowych pomiarów może wyjaśnić asymetrię. Na szczęście znacznie większe próbki galaktyk z teleskopów nowej generacji mogą dostarczyć wystarczającej ilości danych, aby rozstrzygnąć te niepewności w ciągu zaledwie kilku lat. Naukowcy planują przeanalizować te nowe, bardziej wiarygodne dane w ramach zespołu teleskopu Dark Energy Spectroscopic Instrument.
W symetrycznym wszechświecie doszłoby do Wielkiego Wybuchustworzyć równe ilości materii i antymaterii, które zniszczyłyby się nawzajem i pozostawiłyby kosmos bez gwiazd i planet. Ponieważ wyraźnie istniejemy we Wszechświecie, fizycy od dawna poszukiwali pewnych oznak asymetrii we wczesnym stworzeniu.
Odkrycia naukowców nie potrafią jeszcze wyjaśnić, w jaki sposóbznaleźliśmy się w sytuacji krytycznej obfitości materii. „Jak” będzie wymagało nowej fizyki wykraczającej poza Model Standardowy, która wyjaśnia nasz Wszechświat. Jednak nowe wyniki zdecydowanie sugerują, że w najwcześniejszych momentach Wielkiego Wybuchu istniała asymetria.
Teraz rozpoczyna się wyścig naukowców o stworzenie teorii, która może wyjaśnić preferencję dla lustrzanych odbić Wszechświata i nadmiaru materii.
Wyniki badań zostały opublikowane w dwóch artykułach (pierwszy, drugi).
Czytaj więcej:
Najstarszy tekst cyrylicy, jaki kiedykolwiek znaleziono
„Webb” znalazł ślady niewiarygodnie ogromnych gwiazd: umarły u zarania wszechświata
Dziwne dźwięki zarejestrowane w stratosferze Ziemi: jak naukowcy próbują zrozumieć ich naturę
Ilustracja na okładce: współautorzy MaxPixel| Źródło: https://www.maxpixel.net/photo-5944353