แสงสว่างในเอกภพยุคแรก: ทฤษฎีใหม่ได้เปลี่ยนแปลงสิ่งที่เคยเป็นมา

ทีมวิจัยนักฟิสิกส์ได้ค้นพบว่าแรงโน้มถ่วงสามารถเปลี่ยนเป็นแสงได้ แต่ถ้าเป็นเช่นนั้น

กาลอวกาศ “ประพฤติตัวถูกต้อง”

Standard Model คืออะไร และทำงานอย่างไร

โมเดลมาตรฐานเป็นทฤษฎีสมัยใหม่โครงสร้างและอันตรกิริยาของอนุภาคมูลฐาน ผ่านการทดสอบซ้ำแล้วซ้ำอีก ทฤษฎีนี้มีพื้นฐานมาจากสมมุติฐานจำนวนน้อยมาก และช่วยให้สามารถทำนายคุณสมบัติของกระบวนการต่างๆ หลายพันกระบวนการในโลกของอนุภาคมูลฐานในทางทฤษฎีได้ สูตรสมัยใหม่เสร็จสมบูรณ์ในปี 2000 หลังจากการยืนยันการทดลองของการมีอยู่ของควาร์ก เสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ 3 คนและโดยเฉพาะคำอธิบายสำหรับการเกิดขึ้นของมวลของอนุภาคมูลฐานภายในกรอบของกลไกการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเองที่เสนอ โดยพวกฮิกส์

คุณสมบัติของโมเดลที่ "เปลี่ยนกฎของเกม"

คุณสมบัติอย่างหนึ่งของมันคือมันมักจะห้ามไม่ให้มีการเปลี่ยนอนุภาคไร้มวลให้กลายเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ ในขณะที่อนุภาคในแบบจำลองมาตรฐานเปลี่ยนรูปเข้าหากันอย่างต่อเนื่องผ่านปฏิกิริยาและกระบวนการต่างๆ โฟตอนซึ่งเป็นพาหะของแสงที่ไม่มีมวล “ยังคงอยู่โดยตัวของมันเอง” แต่หากเงื่อนไขถูกต้อง ก็เป็นไปได้ (เช่น เมื่อทำปฏิกิริยากับอะตอมหนัก) ก็สามารถแยกตัวออกได้เองและกลายเป็นอิเล็กตรอนและโพซิตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคขนาดใหญ่

แนวคิดแรงโน้มถ่วงและหลุมดำ รูปถ่าย: en.freepik.com

แนวคิดนี้เป็นแรงบันดาลใจให้กับผู้เขียนงานวิจัยชิ้นใหม่ พวกเขาต้องการเข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงสามารถเปลี่ยนเป็นอนุภาคอื่นได้หรือไม่

การตรวจสอบไอเดีย

ใช่ โดยทั่วไปจะพิจารณาถึงแรงโน้มถ่วงในบริบทของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งความโค้งและความโค้งของกาล-อวกาศส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของอนุภาค ในกรณีนี้ เป็นเรื่องยากมากที่จะจินตนาการว่ามันจะสร้างอนุภาคได้อย่างไร เคล็ดลับก็คือว่าแรงโน้มถ่วงสามารถดูได้ผ่านเลนส์ควอนตัม ตัวอย่างเช่น แสดงว่ามันเป็นแรงที่แรงโน้มถ่วงแบกไว้ แม้ว่าภาพแรงโน้มถ่วงควอนตัมในปัจจุบันยังห่างไกลจากความสมบูรณ์ แต่เป็นที่ทราบกันว่าอนุภาคที่มองไม่เห็นจำนวนนับไม่ถ้วนเหล่านี้จะมีพฤติกรรมเหมือนกับอนุภาคพื้นฐานอื่นๆ รวมถึงอนุภาคที่อาจเปลี่ยนรูปด้วย

เพื่อทดสอบแนวคิดนี้ นักฟิสิกส์ได้ศึกษาเงื่อนไขต่างๆจักรวาลยุคแรกเริ่ม เล็ก ร้อน และหนาแน่น ที่นั่น สสารและพลังงานทุกรูปแบบถูกขยายจนเกินจินตนาการ ซึ่งยิ่งใหญ่เกินกว่าที่เครื่องชนอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดของเราจะทำได้

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าในแนวความคิดนี้คลื่นความโน้มถ่วงมีบทบาทสำคัญ นั่นคือระลอกคลื่นในโครงสร้างของกาล-อวกาศที่เกิดจากการชนกันระหว่างวัตถุที่มีมวลมากที่สุดในอวกาศ พวกมันมักจะอ่อนแอมากและสามารถผลักอะตอมออกไปได้น้อยกว่าความกว้างของนิวเคลียสของมันเอง (ก่อนหน้านี้ไฮเทคเขียนว่าแรงโน้มถ่วงเป็นจุดอ่อนที่สุดในบรรดาพลังหลักทั้งสี่) แต่ในเอกภพยุคแรก คลื่นอาจรุนแรงกว่ามาก และอาจส่งผลกระทบร้ายแรงต่อกระบวนการและสสารทั้งหมด

ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับคลื่นความโน้มถ่วง ได้รับความอนุเคราะห์จาก R. Hurt/Caltech-JPL

“คลื่นลูกแรกๆ เหล่านี้ซัดไปมาเพิ่มขึ้นเป็นครั้งคราว” พอล ซัทเทอร์ ศาสตราจารย์วิจัยด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย SUNY Stony Brook และสถาบัน Flatiron ในนิวยอร์ก ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้อธิบาย —สิ่งอื่นๆ ในจักรวาลจะถูกจับโดยการผลักและดึงของคลื่น ซึ่งจะทำให้เกิดเอฟเฟกต์การสั่นพ้อง คลื่นความโน้มถ่วงทำหน้าที่เหมือนปั๊ม ทำให้สสารกลายเป็นก้อนหนาทึบครั้งแล้วครั้งเล่า”

คลื่นความโน้มถ่วงสามารถทำอะไรได้บ้าง?

คลื่นความโน้มถ่วงก็สามารถมีอิทธิพลได้เช่นกันสู่สนามแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากพวกมันเป็นระลอกคลื่นในกาลอวกาศ คลื่นจึงไม่ได้จำกัดอยู่เพียงปฏิสัมพันธ์กับวัตถุขนาดใหญ่เท่านั้น ขณะที่พวกมันยังคงสูบฉีดต่อไป รังสีในจักรวาลก็เข้าถึงพลังงานที่สูงมาก สิ่งนี้ทำให้เกิดโฟตอนขึ้นมาเองในที่สุด: แรงโน้มถ่วงเองก็สร้างแสงขึ้นมา

นักวิทยาศาสตร์มาทำอะไร?

ซึ่งนักวิจัยพบว่าโดยรวมแล้วสิ่งนี้กระบวนการนี้ค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพ จักรวาลยุคแรกเริ่มขยายตัว ดังนั้นแบบจำลองมาตรฐานของคลื่นความโน้มถ่วงจึงมีอยู่ได้ไม่นาน อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์กล่าวว่าหากเอกภพยุคแรกมีสสารมากพอที่จะทำให้ความเร็วแสงช้าลง (เช่นเดียวกับที่แสงเดินทางช้าลงในอากาศหรือน้ำ) คลื่นก็จะคงอยู่นานพอที่จะสร้างกระแสโฟตอนเพิ่มเติม

เหตุใดการศึกษาใหม่จึงมีความสำคัญ

นักฟิสิกส์ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ฟิสิกส์ที่ซับซ้อนและซับซ้อนของรุ่งอรุณแห่งจักรวาล อย่างไรก็ตาม หากทฤษฎีของนักวิทยาศาสตร์ถูกต้อง แสงที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงน่าจะมีอิทธิพลต่อการก่อตัวของสสารและวิวัฒนาการของจักรวาล นั่นคือเหตุผลที่การศึกษาผลที่ตามมาทั้งหมดของกระบวนการที่น่าทึ่งนี้จะนำไปสู่การปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับช่วงเวลาแรกเริ่มของโลกของเรา

อ่านเพิ่มเติม:

มีภาพถ่ายภายในหลุมยุบใต้น้ำที่ลึกที่สุดเป็นอันดับสองของโลก

ดูว่าเกิดอะไรขึ้นกับดาวพุธเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด

นักวิทยาศาสตร์พร้อมที่จะยอมรับว่าต้นไม้ใหม่นี้มีอายุมากที่สุดในโลก

บนหน้าปก: ภาพประทับใจของศิลปินคนนี้แสดงให้เห็นกาแล็กซีสองแห่งในจักรวาลยุคแรกเริ่ม การระเบิดที่สว่างทางด้านซ้ายคือการระเบิดของรังสีแกมมา
ผู้แต่ง: ESO/L. แคลคาด้า