Kembali pada masanya pertama alam semesta, segala-galanya adalah panas dan padat dan seimbang. Tidak ada zarah seperti yang kita fahami, lebih kurang mana-mana bintang atau bahkan vakum yang meresap ruang hari ini. Seluruh ruang diisi dengan barang-barang homogen, tanpa bentuk, termampat.
Kemudian, sesuatu tergelincir. Semua kestabilan monoton menjadi tidak stabil. Matter menang atas sepupunya yang aneh, antimatter, dan datang untuk menguasai seluruh ruang. Awan perkara itu terbentuk dan runtuh menjadi bintang-bintang, yang menjadi terorganisir menjadi galaksi. Semua yang kita tahu tentang mula wujud.
Jadi, apa yang berlaku kepada alam semesta daripada keadaan tidak berbentuknya?
Para saintis masih tidak pasti. Tetapi para penyelidik telah menemukan cara baru untuk model dalam makmal jenis kecacatan yang boleh menyebabkan ketidakimbangan alam semesta awal. Dalam sebuah makalah baru yang diterbitkan hari ini (16 Januari) dalam jurnal Nature Communications, saintis menunjukkan bahawa mereka boleh menggunakan helium superkonduksil untuk model momen pertama kewujudan - khususnya, untuk mewujudkan semula satu set syarat yang mungkin mungkin ada selepas Big Bang.
Itu penting kerana alam semesta penuh dengan keseimbangan yang fizik memanggil "simetri."
Beberapa contoh utama: Persamaan fizik berfungsi dengan cara yang sama ke hadapan dan ke belakang dalam masa. Hanya terdapat zarah-zarah bermuatan positif yang cukup di alam semesta untuk membatalkan semua zarah bercas negatif.
Tetapi kadang-kadang, simetri pecah. Sfera yang sempurna seimbang di hujung jarum jatuh satu cara atau yang lain. Dua sisi yang sama dari magnet yang berasingan ke kutub utara dan selatan. Perkara penting terhadap antimatter di alam semesta awal. Zarah-zarah asas tertentu muncul dari formlessness alam semesta awal dan berinteraksi antara satu sama lain melalui kuasa diskret.
"Sekiranya kita mengambil kewujudan Big Bang seperti yang diberikan, alam semesta sudah pasti mengalami peralihan pecahan simetri," Jere Mäkinen, pengarang utama kajian dan seorang pelajar kedoktoran di Universiti Aalto di Finland, memberitahu Live Science.
Perlu bukti? Ia adalah di sekeliling kita. Setiap meja dan kerusi dan galaksi dan platipus yang dibilkan itik adalah bukti bahawa sesuatu yang menjejaskan alam semesta awal dari keadaan awal, rata dan ke kerumitan semasa. Kami di sini bukannya berpotensi dalam kekosongan seragam. Jadi, sesuatu pecah bahawa simetri.
Fizik memanggil beberapa turun naik rawak yang memecahkan simetri "kecacatan topologi."
Pada dasarnya, kecacatan topologi adalah bintik-bintik di mana sesuatu berlaku dalam medan sebaliknya. Segera sekali gangguan timbul. Ini boleh berlaku disebabkan oleh gangguan luar, seperti dalam percubaan makmal. Atau ia boleh berlaku secara rawak dan misteri, seperti ahli sains yang mengesyaki berlaku di alam semesta awal. Sekali bentuk kecacatan topoligali, ia boleh duduk di tengah medan seragam, seperti batu yang menghasilkan riak dalam aliran lancar.
Sesetengah penyelidik percaya bahawa jenis kecacatan topologi tertentu dalam bentuk tidak formal dari alam semesta awal mungkin telah memainkan peranan dalam peralihan permulaan simetri yang pertama. Kecacatan-kecacatan itu mungkin termasuk struktur yang disebut "vorteks setengah kuantum" (corak tenaga dan perkara yang kelihatan seperti pusaran air) dan "dinding yang dibatasi oleh rentetan" (struktur magnet yang terbuat dari dinding dua dimensi yang dibatasi di kedua belah pihak oleh dua satu- dimensi "dimensi"). Struktur yang muncul secara spontan ini mempengaruhi aliran bahan dalam sistem simetri yang sebaliknya, dan sesetengah penyelidik mengesyaki bahawa struktur ini memainkan peranan dalam menggabungkan alam semesta bersama-sama dengan bintang dan galaksi yang kita lihat hari ini.
Penyelidik sebelum ini telah mencipta jenis kecacatan ini dalam medan magnet gas superkonduktor dan superkonduktor dalam makmal mereka. Tetapi kecacatan muncul secara individu. Kebanyakan teori yang menggunakan kecacatan topologi untuk menerangkan asal-usul alam semesta moden melibatkan kecacatan "komposit", kata Mäkinen - lebih daripada satu kecacatan yang bekerja dalam konsert.
Mäkinen dan pengarangnya yang direka bentuk untuk menghasilkan eksperimen yang melibatkan helium cair yang disejukkan kepada pecahan darjah di atas sifar mutlak dan dimasukkan ke dalam ruang kecil. Dalam kegelapan kotak-kotak kecil ini, vorteks separuh kuantum muncul di helium superkol.
Kemudian, penyelidik mengubah keadaan helium, menyebabkan ia melalui siri peralihan fasa antara dua jenis superfluid yang berbeza, atau cecair tanpa kelikatan. Ini adalah peralihan fasa yang sama dengan air beralih dari pepejal ke dalam cecair atau gas, tetapi di bawah keadaan yang lebih melampau.
Peralihan fasa menyebabkan simetri pecah. Sebagai contoh, air cecair penuh dengan molekul yang boleh berorientasikan ke arah yang berbeza. Tetapi membekukan air itu, dan molekul-molekul itu terkunci di tempat-tempat tertentu. Pecahan serupa dalam simetri berlaku dengan peralihan fasa superfluid dalam eksperimen.
Walau bagaimanapun, selepas helium superfluid melalui peralihan fasa, vorteks kekal - dilindungi oleh dinding yang dibatasi oleh rentetan. Bersama-sama, vorteks dan dinding membentuk kecacatan topologi komposit dan selamat peralihan fasa simetri. Dengan cara itu, para penyelidik menulis di dalam kertas, benda-benda ini mencerminkan kecacatan yang dicadangkan oleh beberapa teori di alam semesta awal.
Adakah ini bermakna bahawa Mäkinen dan pengarangnya telah mengetahui bagaimana simetri memecahkan alam semesta awal? Sama sekali tidak. Model mereka menunjukkan hanya aspek tertentu "teori bersatu besar" tentang bagaimana alam semesta awal mengambil bentuknya boleh direplikasi dalam makmal - khususnya, bahagian teori-teori yang melibatkan kecacatan topologi. Tiada teori-teori yang diterima secara meluas oleh ahli fizik, dan ini semua boleh menjadi tamat mati teoretikal yang besar.
Tetapi kerja Mäkinen membuka pintu kepada lebih banyak eksperimen untuk menyiasat bagaimana kecacatan ini mungkin berfungsi untuk membentuk detik-detik selepas Big Bang. Dan kajian-kajian ini pasti mengajar saintis sesuatu yang baru mengenai alam kuantum, katanya. Persoalan terbuka tetap: Adakah pakar fizikal pernah menghubungkan butiran ini tentang dunia kuantum kecil dengan tingkah laku seluruh alam semesta?
