Terdapat lubang dalam kisah bagaimana alam semesta kita menjadi. Pertama, alam semesta melonjak dengan cepat, seperti belon. Kemudian, semuanya berjalan lonjakan.
Tetapi bagaimana kedua-dua tempoh tersebut telah disambungkan telah menghilangkan fizik. Kini, satu kajian baru mencadangkan satu cara untuk menghubungkan dua zaman.
Dalam tempoh pertama, alam semesta berkembang dari titik kecil hampir tidak terhingga hingga hampir satu oktulan (iaitu 1 diikuti oleh 27 sifar) kali yang bersaiz kurang dari satu triliun satu saat. Tempoh inflasi ini diikuti oleh tempoh pengembangan yang lebih beransur, tetapi ganas, yang kita ketahui sebagai Big Bang. Semasa Big Bang, bola api sangat panas zarah asas - seperti proton, neutron dan elektron - diperluaskan dan didinginkan untuk membentuk atom, bintang dan galaksi yang kita lihat hari ini.
Teori Big Bang, yang menggambarkan inflasi kosmik, tetap menjadi penjelasan yang paling banyak disokong tentang bagaimana alam semesta kita bermula, namun para saintis masih bingung dengan bagaimana tempoh pembesaran yang sama sekali berlainan disambungkan. Untuk menyelesaikan teka-teki kosmik ini, satu pasukan penyelidik di Kenyon College, Massachusetts Institute of Technology (MIT) dan Universiti Leiden di Belanda menyimulasikan peralihan kritikal antara inflasi kosmik dan Big Bang - tempoh yang mereka panggil "memanaskan semula".
"Tempoh pemanasan pasca inflasi menetapkan keadaan untuk Big Bang dan, dalam beberapa keadaan, meletakkan 'bang' di Big Bang," kata David Kaiser, seorang profesor fizik di MIT, dalam satu kenyataan. "Ia adalah tempoh jambatan di mana semua neraka rosak dan perkara itu berlaku dalam apa-apa tetapi cara yang mudah."
Apabila alam semesta berkembang dalam sekejap ketika inflasi kosmik, semua benda yang ada telah tersebar, meninggalkan alam semesta menjadi tempat yang sejuk dan kosong, tanpa sup panas zarah yang diperlukan untuk menyalakan Big Bang. Semasa tempoh pemanasan semula, inflasi yang mendorong tenaga dipercayai mereput ke dalam zarah, kata Rachel Nguyen, seorang pelajar kedoktoran dalam fizik di University of Illinois dan penulis utama kajian itu.
"Apabila zarah tersebut dihasilkan, mereka melantun dan mengetuk satu sama lain, memindahkan momentum dan tenaga," kata Nguyen kepada Sains Live. "Dan itulah yang termal dan menyegarkan alam semesta untuk menetapkan keadaan awal untuk Big Bang."
Dalam model mereka, Nguyen dan rakan-rakannya menyimulasikan tingkah laku bentuk-bentuk eksotik bahan yang disebut inflatons. Para saintis berfikir bahawa zarah-zarah hipotesis ini, serupa dengan boson Higgs, mewujudkan medan tenaga yang mendorong inflasi kosmik. Model mereka menunjukkan bahawa, di bawah keadaan yang betul, tenaga inflatons boleh diagihkan secara efisien untuk mewujudkan kepelbagaian zarah yang diperlukan untuk memanaskan semula alam semesta. Mereka menerbitkan keputusan mereka pada 24 Okt dalam jurnal Journal Review Letters.
Tangki untuk fizik tenaga tinggi
"Apabila kita mengkaji alam semesta awal, apa yang sebenarnya kita lakukan ialah percubaan zarah pada suhu sangat tinggi," kata Tom Giblin, profesor fizik bersekutu di Kenyon College di Ohio dan pengarang bersama kajian itu. "Peralihan dari tempoh inflasi sejuk ke tempoh yang panas adalah salah satu yang harus memegang beberapa bukti utama tentang zarah-zarah apa yang sebenarnya wujud pada tenaga yang sangat tinggi ini."
Satu soalan asas yang melanda ahli fizik adalah bagaimana graviti berkelakuan pada tenaga yang melampau semasa inflasi. Dalam teori relativiti umum Albert Einstein, semua perkara dipercayai terjejas oleh graviti dengan cara yang sama, di mana kekuatan graviti adalah tetap tanpa mengira tenaga zarah. Bagaimanapun, kerana dunia aneh mekanik kuantum, saintis berfikir bahawa, pada tenaga yang sangat tinggi, perkara merespon graviti secara berbeza.
Pasukan ini menggabungkan andaian ini dalam model mereka dengan menaikkan betapa kuat zarah berinteraksi dengan graviti. Mereka mendapati bahawa semakin mereka meningkatkan kekuatan graviti, semakin banyak inflatons memindahkan tenaga untuk menghasilkan zoo bahan zarah panas yang terdapat semasa Big Bang.
Sekarang, mereka perlu mencari keterangan untuk menonjolkan model mereka di suatu tempat di alam semesta.
"Semesta memegang begitu banyak rahsia yang dikodkan dengan cara yang sangat rumit," kata Giblin kepada Live Science. "Ia adalah tugas kami untuk mengetahui sifat realiti dengan datangnya peranti penyahkod - satu cara untuk mengekstrak maklumat dari alam semesta. Kami menggunakan simulasi untuk membuat ramalan tentang apa yang kelihatan seperti alam semesta supaya kita boleh mula menyahkodakannya. Tempoh pemanasan semula ini harus meninggalkan jejak di suatu tempat di alam semesta. Kita hanya perlu mencarinya. "
Tetapi mencari jejak itu boleh menjadi rumit. Sekilas awal alam semesta kami adalah gelembung radiasi yang tersisa dari beberapa ratus ribu tahun selepas Big Bang, yang dikenali sebagai latar gelombang mikro kosmik (CMB). Tetapi CMB hanya memberi petunjuk pada keadaan alam semesta semasa detik-detik kritikal pertama kelahiran. Pakar fizikal seperti Giblin berharap pengamatan masa depan gelombang graviti akan memberikan petunjuk terakhir.
