Поставив «взрыва» на Большого Взрыва

Как Теория Большого взрыва идет, где-то около 13,8 млрд лет назад Вселенная начала быть, как бесконечно малый, компактный огненный шар материи, который охлаждается по мере расширения, вызывая реакции, которые состряпали первых звезд и галактик, и все формы материи, которые мы видим (и) сегодня.

Просто до Большого Взрыва запущен Вселенной на ее постоянно расширяющийся курса физики полагают, был другой, более взрывной фазы ранней Вселенной в игре: космическая инфляция, которая длилась менее чем за одну триллионную секунды. В этот период важно — холодной, однородной вязкой массы — завышенные экспоненциально быстро, как процессы Большого Взрыва приняли на себя более медленными темпами расширения и диверсификации детской Вселенной.

Наблюдения последних лет самостоятельно поддерживали теории, как Большой Взрыв и космическая инфляция. Но эти два процесса настолько кардинально отличаются друг от друга, что ученые пытались понять, как один за другим.

Теперь физики из Массачусетского технологического института, колледжа Кеньон, и в другом месте смоделировали деталь в промежуточной фазе ранней Вселенной, что может преодолеть космическая инфляция Большой Взрыв. Этот этап, известный как «разогрев» произошла в конце космической инфляции и процессам, которые боролись с инфляцией холодно, Единой материи в ultrahot, сложный суп, который был на месте в начале Большого Взрыва.

«В postinflation разогревания период создает условия для Большого Взрыва, и в каком-то смысле ставит «взрыва» на Большого взрыва», — говорит Дэвид Кайзер, профессор Germeshausen истории науки и профессора физики Массачусетского технологического института. «Это этот период мост, где весь ад вырывается на свободу, и вещество ведет себя в непростой путь».

Кайзер и его коллеги моделировали в деталях, как различные формы материи бы взаимодействовали в этот период хаоса в конце инфляции. Их расчеты показывают, что экстремальные энергозатраты, которые ехали инфляция могла быть перераспределены так же быстро, в еще меньшую долю секунды, и таким образом, что производят условия, которые потребовались бы для начала Большого Взрыва.

Ученые нашли, что эта крайняя трансформация была бы еще быстрее и эффективнее, если квантовые эффекты изменен так, что вопрос ответили тяжести при очень высоких энергиях, отклоняясь от теории, как общей теории относительности Эйнштейна предсказывает материи и гравитационного взаимодействия.

«Это дает нам возможность рассказать непрерывную историю, от инфляции в период postinflation, до Большого Взрыва и дальше», — говорит Кайзер. «Мы можем проследить непрерывную совокупность процессов, все известные физики, чтобы сказать, что это один правдоподобный способ, которым Вселенная возникла такой, какой мы ее видим сегодня».

Результаты команды появляются сегодня в физическая. Соавторы кайзеровской являются ведущий автор исследования Рэйчел Нгуен, и т. Джон Гиблин, как из Кеньон-колледжа, и бывший аспирант Массачусетского технологического института Эвангелос Сфакианакис и Jorinde ван де ВИС, как из Лейденского университета в Нидерландах.

«В синхронизации с самим собой»

Теория космической инфляции, впервые предложенная в 1980-х годах Массачусетского технологического института Алан Гут, В. Ф. Вайскопфа, профессор физики, предсказывает, что Вселенная началась как весьма малая частица материи, возможно, около ста-миллиардная размер протона. Этот спек был наполнен ультра-высоких энергий материи, так и энергичные, что давление внутри создается отталкивающая гравитационная сила — движущей силой инфляции. Как искра для запала, эта гравитационная сила взорвалась детской Вселенной, вовне, все быстрее, раздувая его почти октиллионов раз своего первоначального размера (это номер 1 с 26 нулями), менее чем за одну триллионную секунды.

Кайзер и его коллеги попытались разобраться, что на ранних этапах разогрева … что интервал мосту в конце космическая инфляция и так до Большого взрыва — может быть, выглядели.

«На ранних этапах разогревания должен быть отмечен резонансов. Одной из форм высокоэнергетическое вещество, доминирует, и она трясется и обратно в синхронизации с самим собой через большие пространства, что приводит к взрывному производства новых частиц», — говорит Кайзер. «Такое поведение не будет длиться вечно, и как только он начнет передачу энергии в другую форму материи, ее собственных колебаний будет больше порывистый и неравномерный в пространстве. Мы хотели измерить, сколько времени потребуется для этого резонансного эффекта, чтобы разбить, и на произведенные частицы рассеиваются друг друга и прийти к какому-то тепловое равновесие, напоминает условия «Большого Взрыва».»

Компьютерное моделирование команды представляют собой большие решетки, на которую они нанесли несколько форм материи и проследив за тем, как их энергии и распределения изменяется в пространстве и во времени как ученые разнообразный определенных условиях. Начальные условия моделирования были основаны на определенном инфляционная модель — набор предсказаний для как распределение начале Вселенной материи, возможно, вели себя во время космической инфляции.

Ученые выбрали именно эту модель инфляции над другими, потому что его предсказания тесно высокоточный матч измерений космического микроволнового фонового излучения — остаток светящиеся излучения, испускаемого просто 380000 лет после Большого Взрыва, который, как полагают, содержат следы инфляционного периода.

Универсальный твик

Моделирование отслеживал поведение двух типов материи, которые могут быть доминирующими во время инфляции, очень похож на тип частицы, бозона Хиггса, которая недавно наблюдалась и в других экспериментах.

Перед запуском симуляции, команда добавила небольшой «твик» для описание модели гравитации. В то время как обычная материя, которую мы видим сегодня реагирует на гравитацию так же, как Эйнштейн предсказал в своей общей теории относительности, материя на гораздо более высоких энергий, например, что думал, что существовали во время космической инфляции, должны вести себя немного по-разному, взаимодействуя с гравитационными способами, которые изменяются по квантовой механике, или взаимодействия на атомном масштабе.

В теории Эйнштейна общей теории относительности, сила тяжести представлена как постоянная, с тем, что физики называют минимальный соединения, что означает, что, независимо от энергии определенного частицу, он будет реагировать на гравитационное воздействие с силой, установленным универсальной постоянной.

Однако, при очень высоких энергиях, которые прогнозировали в космической инфляции, материя взаимодействует с гравитацией в несколько более сложным образом. Квантово-механические эффекты прогнозируют, что сила тяжести может изменяться во времени и пространстве при взаимодействии с ультра-высокой-энергия-материя-явление, известное как соединение неминимального.

Кайзер и его коллеги включили неминимального термин соединение их инфляционная модель и наблюдали, как распределение материи и энергии, они превратили этот квантовый эффект вверх или вниз.

В итоге они обнаружили, что чем сильнее квантово-модифицированный гравитационный эффект влияния материи, тем быстрее Вселенная перешла от холода, гомогенную субстанцию инфляции в гораздо жарче, различные формы материи, которые характерны для Большого Взрыва.

Тюнинг-это квантовый эффект, они могут сделать этот важный переход состоится в течение 2-3 «е-складки», имея в виду количество времени, которое требуется для Вселенной (ориентировочно) выросли втрое. В этом случае, им удалось смоделировать нагревательной фазы в течение времени, которое требуется для Вселенной в три раза размера два-три раза. Для сравнения, инфляция сама по себе происходили в течение около 60 е-фолдов.

«Подтапливания было безумное время, когда все пошло наперекосяк», — говорит Кайзер. «Мы показываем, что дело было настолько сильно взаимодействуют, что он может соответственно быстро расслабиться, а также, прекрасно готовя почву для Большого Взрыва. Мы не знали, что будет так, но это то, что возникает из этих симуляций, все известные физики. Вот что интересно для нас».

Это исследование было поддержано, в частности, Министерством энергетики США и Национальным научным фондом.

сделать разницу: спонсорские возможности