En forskargrupp av fysiker har upptäckt att gravitation kan förvandlas till ljus, men bara om
Vad är standardmodellen och hur fungerar den?
Standardmodellen är en modern teoristruktur och interaktioner mellan elementarpartiklar, upprepade gånger testade experimentellt. Teorin i sig bygger på ett mycket litet antal postulat och låter en teoretiskt förutsäga egenskaperna hos tusentals olika processer i elementarpartiklarnas värld. Den moderna formuleringen färdigställdes på 2000-talet efter experimentell bekräftelse av förekomsten av kvarkar. Den föreslogs av tre vetenskapsmän och innehåller framför allt förklaringar till uppkomsten av massan av elementarpartiklar inom ramen för den föreslagna mekanismen för spontan symmetribrytning av Higgs.
Funktion hos modellen som "ändrar spelets regler"
En av dess egenskaper är detdet förbjuder vanligtvis omvandlingen av masslösa partiklar till massiva. Medan partiklarna i standardmodellen ständigt omvandlas till varandra genom olika reaktioner och processer, förblir fotonen – den masslösa bäraren av ljus – sig själv. Men om förutsättningarna är rätt är det möjligt (till exempel när den interagerar med en tung atom), kan den spontant splittras och bli en elektron och en positron, som är massiva partiklar.
Gravitation och svart hål koncept. Foto: en.freepik.com
Denna idé inspirerade författarna till den nya studien. De ville förstå om gravitationen i sig kunde förvandlas till andra partiklar.
Idévalidering
Ja, gravitation brukar beaktasinom ramen för den allmänna relativitetsteorin, enligt vilken rum-tidens krökningar och krökningar påverkar partiklars rörelse. I det här fallet är det väldigt svårt att föreställa sig hur det kan skapa partiklar. Tricket är att gravitationen kan ses genom kvantoptik. Till exempel representerar det som en kraft som bärs av gravitoner. Även om den nuvarande bilden av kvantgravitationen är långt ifrån komplett, är det känt att dessa otaliga osynliga partiklar kommer att bete sig som vilken annan fundamental partikel som helst, inklusive potentiellt transformerande sådana.
För att testa denna idé studerade fysiker förhållandenadet mycket tidiga universum – litet, varmt och tätt. Där förstorades alla former av materia och energi till ofattbara skalor, långt större än vad även våra mest kraftfulla partikelkolliderare kan uppnå.
Forskare har upptäckt det i detta konceptEn viktig roll spelas av gravitationsvågor – krusningar i rymdtidens struktur som genereras av kollisioner mellan de mest massiva föremålen i rymden. De är vanligtvis mycket svaga och kan trycka en atom ett avstånd mindre än bredden på dess egen kärna. (Tidigare skrev Hi-Tech att gravitationen är den svagaste av de fyra huvudkrafterna). Men i det tidiga universum kunde vågor vara mycket starkare, och detta kan allvarligt påverka alla processer och materia.
Konstnärens intryck av gravitationsvågor. Bild med tillstånd av R. Hurt/Caltech-JPL
"Dessa tidiga vågor plaskade fram och tillbaka,ökar från tid till annan”, förklarar Paul Sutter, en forskningsprofessor i astrofysik vid SUNY Stony Brook University och Flatiron Institute i New York, som inte var involverad i studien. — Allt annat i universum skulle fångas av vågornas tryck och drag, vilket skulle leda till en resonanseffekt. Gravitationsvågor fungerade som en pump och slog ner materia om och om igen till täta klumpar.”
Vad är gravitationsvågor kapabla till?
Gravitationsvågor kan också påverkatill det elektromagnetiska fältet. Eftersom de är krusningar i själva rumtiden, är vågor inte begränsade till interaktioner med massiva objekt. När de fortsätter att pumpa når strålningen i universum extremt höga energier. Detta orsakar så småningom det spontana uppkomsten av fotoner: gravitationen själv genererar ljus.
Vad kom forskarna fram till?
Forskarna fann att, totalt sett, dettaprocessen är ganska ineffektiv. Det tidiga universum expanderade, så standardmodeller av gravitationsvågor kunde inte existera länge. Men fysiker har sagt att om det tidiga universum innehöll tillräckligt med materia för att ljusets hastighet saktade ner (precis som ljus färdas långsammare i luft eller vatten), skulle vågorna ha dröjt sig kvar tillräckligt länge för att generera strömmar av ytterligare fotoner.
Varför är den nya studien så viktig?
Fysiker förstår ännu inte heltden komplexa, invecklade fysiken i den kosmiska gryningen. Men om forskarnas teori är korrekt, kommer ljuset som skapas av gravitationen förmodligen att påverka bildningen av materia och universums utveckling. Det är därför att studera alla konsekvenser av denna fantastiska process kommer att leda till en revolution i vår förståelse av de tidigaste ögonblicken i vår värld.
Läs mer:
Det fanns ett foto inuti världens näst djupaste undervattenssänka
Se vad som hände med Merkurius när den kom närmast solen
Forskare är redo att erkänna det nya trädet som det äldsta i världen
På omslaget: Denna konstnärs intryck visar två galaxer i det tidiga universum. Den ljusa explosionen till vänster är en gammastrålning.
Författare: ESO/L. Calçada