Οι νόμοι της φυσικής ήταν διαφορετικοί, κάτι που μπορεί να εξηγήσει γιατί υπάρχεις

06 Ιουνίου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Οι νόμοι της φυσικής πρέπει να ήταν διαφορετικοί στην αρχή του σύμπαντος από ό,τι είναι τώρα, σύμφωνα με μια συγκλονιστική μελέτη που διεξήχθη από αστρονόμους του Πανεπιστημίου της Φλόριντα, η οποία παρέχει ενδείξεις για το γιατί τα αστέρια, οι πλανήτες και η ίδια η ζωή κατάφεραν να σχηματιστούν στο σύμπαν. Αφού ανέλυσαν την κατανομή ενός τεράστιου εκατομμυρίου, τρισεκατομμυρίων ομάδων γαλαξιών, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι οι φυσικοί νόμοι κάποτε προτιμούσαν ένα σύνολο σχημάτων έναντι των κατοπτρικών εικόνων τους. Είναι σαν το ίδιο το σύμπαν να προτιμούσε τα δεξιόχειρα πράγματα αντί για τα αριστερόχειρα, ή το αντίστροφο. Τα ευρήματα, που έγιναν εν μέρει δυνατά από τον υπερυπολογιστή της UF HiPerGator, εξηγούν ίσως το μεγαλύτερο ερώτημα στην κοσμολογία: Γιατί υπάρχει οτιδήποτε; Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κάποιου είδους χειρονομία στις πρώτες στιγμές της δημιουργίας είναι απαραίτητο για να εξηγήσουμε γιατί το σύμπαν αποτελείται από ύλη, το υλικό που φτιάχνει όλα όσα βλέπουμε. Τα αποτελέσματα βοηθούν επίσης στην επιβεβαίωση μιας κεντρικής αρχής της θεωρίας του Big Bang για την προέλευση του σύμπαντος. «Πάντα με ενδιέφεραν μεγάλα ερωτήματα σχετικά με το σύμπαν. Ποια είναι η αρχή του σύμπαντος; Ποιοι είναι οι κανόνες με τους οποίους εξελίσσεται; Γιατί υπάρχει κάτι αντί για τίποτα;» είπε ο Zachary Slepian, καθηγητής αστρονομίας UF που επέβλεψε τη νέα μελέτη. «Αυτό το έργο αντιμετωπίζει αυτά τα μεγάλα ερωτήματα». Ο Slepian συνεργάστηκε με τον μεταδιδακτορικό ερευνητή UF και τον πρώτο συγγραφέα της μελέτης, Jiamin Hou, και τον φυσικό του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley, Robert Cahn, για τη διεξαγωγή της ανάλυσης. Το τρίο δημοσίευσε τα ευρήματά του στο περιοδικό Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας («Μέτρηση μονών ισοτιμιών στη μεγάλης κλίμακας συνάρτηση συσχέτισης 4 σημείων των γαλαξιών Sloan Digital Sky Survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey δωδέκατη έκδοση δεδομένων CMASS και LOWZ»).

Εικόνα καθρέφτη

Η μελέτη τους σχεδιάστηκε για να αναζητήσει παραβίαση μιας έννοιας που είναι γνωστή ως «συμμετρία ισοτιμίας» στη φυσική, η οποία αναφέρεται σε αντανακλάσεις κατοπτρικής εικόνας παρόμοιες με αριστερόχειρες ή δεξιόχειρες. Πολλά πράγματα στη φυσική μπορούν να ειπωθούν ότι έχουν μια ευαισθησία, όπως το σπιν ενός ηλεκτρονίου. Ωστόσο, οι νόμοι της φυσικής σήμερα συνήθως δεν ενδιαφέρονται αν αυτή η περιστροφή είναι αριστερόχειρας ή δεξιόχειρας. Αυτή η ίση, ή συμμετρική, εφαρμογή των νόμων της φυσικής ανεξάρτητα από το χέρι αναφέρεται ως συμμετρία ισοτιμίας. Το μόνο πρόβλημα είναι ότι η συμμετρία ισοτιμίας πρέπει να έχει σπάσει κάποια στιγμή. Κάποια αρχαία παραβίαση ισοτιμίας - κάποιο είδος προτίμησης για δεξιόχειρες ή αριστερόχειρες πράγματα στο μακρινό παρελθόν - απαιτείται για να εξηγήσει πώς το σύμπαν δημιούργησε περισσότερη ύλη παρά αντιύλη. Εάν υπήρχε συμμετρία ισοτιμίας κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης, ίσα μέρη ύλης και αντιύλης θα είχαν συνδυαστεί, θα είχαν εκμηδενιστεί το ένα το άλλο και θα είχαν αφήσει το σύμπαν εντελώς άδειο. Έτσι, σε μια πρόσφατη εργασία που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters, οι Slepian, Hou και Cahn πρότειναν έναν εφευρετικό τρόπο αναζήτησης αποδείξεων ότι η ισοτιμία πράγματι παραβιάστηκε κατά τη διάρκεια του Big Bang. Η ιδέα τους ήταν να φανταστούν κάθε πιθανό συνδυασμό τεσσάρων γαλαξιών στον νυχτερινό ουρανό. Συνδέστε αυτούς τους τέσσερις γαλαξίες μεταξύ τους με φανταστικές γραμμές και έχετε μια λοξή πυραμίδα, ένα τετράεδρο. Αυτό είναι το απλούστερο δυνατό τρισδιάστατο σχήμα –και επομένως το απλούστερο σχήμα που έχει κατοπτρική εικόνα, το βασικό τεστ για τη συμμετρία ισοτιμίας. Η μέθοδός τους απαιτούσε την ανάλυση ενός τρισεκατομμυρίου πιθανών τετραέδρων για κάθε ένα από ένα εκατομμύριο γαλαξίες, έναν απίστευτο αριθμό συνδυασμών. «Τελικά συνειδητοποιήσαμε ότι χρειαζόμασταν νέα μαθηματικά», είπε ο Slepian. Έτσι, η ομάδα του Slepian ανέπτυξε εξελιγμένους μαθηματικούς τύπους που επέτρεψαν να εκτελεστούν οι τεράστιοι υπολογισμοί σε εύλογο χρονικό διάστημα. Χρειαζόταν ακόμα ένα σημαντικό ποσό υπολογιστικής ισχύος. «Η μοναδική τεχνολογία του UF που έχουμε εδώ με τον υπερυπολογιστή HiPerGator και τις προηγμένες GPU του μας επέτρεψαν να εκτελέσουμε την ανάλυση χιλιάδες φορές με διαφορετικές ρυθμίσεις για να δοκιμάσουμε τα αποτελέσματά μας», είπε. Η ομάδα του Slepian ανακάλυψε ότι, πράγματι, το σύμπαν αποτύπωσε μια πρώιμη προτίμηση για αριστερόχειρα ή δεξιόχειρα πράγματα στο υλικό που τελικά έγιναν οι σημερινοί γαλαξίες. (Τα πολύπλοκα μαθηματικά καθιστούν δύσκολο να πούμε αν αυτή η προτίμηση ήταν για δεξιόχειρες ή αριστερόχειρες, ωστόσο.) Διαπίστωσαν το ευρήματά τους με έναν βαθμό βεβαιότητας γνωστό ως επτά σίγμα, ένα μέτρο του πόσο απίθανο είναι να επιτευχθεί το αποτέλεσμα με βάση μόνο την τύχη. Στη φυσική, ένα αποτέλεσμα με σημασία πέντε σίγμα ή υψηλότερη θεωρείται τυπικά αξιόπιστο επειδή οι πιθανότητες για ένα τυχαίο αποτέλεσμα σε αυτό το επίπεδο είναι εξαιρετικά μικρές. Μια παρόμοια ανάλυση, που διεξήχθη από ένα πρώην μέλος του εργαστηρίου Slepian χρησιμοποιώντας τη μέθοδο που πρότειναν οι Slepian, Cahn και Hou, εντόπισε την ίδια καθολική προτίμηση χειροδικίας, αν και με ελαφρώς λιγότερη στατιστική εμπιστοσύνη λόγω διαφορών στο σχεδιασμό της μελέτης. Παραμένει πιθανό ότι η αβεβαιότητα στις υποκείμενες μετρήσεις θα μπορούσε να εξηγήσει την ασυμμετρία. Ευτυχώς, πολύ μεγαλύτερα δείγματα γαλαξιών από τηλεσκόπια επόμενης γενιάς θα μπορούσαν να παρέχουν αρκετά δεδομένα για να διαγράψουν αυτές τις αβεβαιότητες σε λίγα μόλις χρόνια. Η ομάδα του Slepian στο UF θα πραγματοποιήσει την ανάλυσή της σε αυτά τα νέα, πιο ισχυρά δεδομένα ως μέρος της ομάδας τηλεσκοπίων Dark Energy Spectroscopic Instrument. Αυτή δεν είναι η πρώτη φορά που παρατηρείται παραβίαση ισοτιμίας, αλλά είναι η πρώτη απόδειξη παραβίασης της ισοτιμίας που θα μπορούσε να επηρεάσει την τρισδιάστατη συσσώρευση γαλαξιών στο σύμπαν. Μία από τις θεμελιώδεις δυνάμεις, η αδύναμη δύναμη, παραβιάζει επίσης την ισοτιμία. Αλλά η εμβέλειά του είναι εξαιρετικά περιορισμένη και δεν μπορεί να επηρεάσει την κλίμακα των γαλαξιών ούτε να εξηγήσει την αφθονία της ύλης στο σύμπαν. Αυτή η καθολική επιρροή θα απαιτούσε μια παραβίαση της ισοτιμίας να συμβεί ακριβώς τη στιγμή του Big Bang, μια περίοδο γνωστή ως πληθωρισμός. «Δεδομένου ότι η παραβίαση της ισοτιμίας μπορεί να αποτυπωθεί στο σύμπαν μόνο κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού, εάν αυτό που βρήκαμε είναι αληθινό, παρέχει αποδεικτικά στοιχεία για τον πληθωρισμό», είπε ο Slepian. Τα ευρήματα από το εργαστήριο του Slepian δεν μπορούν ακόμη να εξηγήσουν πώς άλλαξαν οι νόμοι της φυσικής, κάτι που θα απαιτήσει νέες θεωρίες που θα υπερβαίνουν το Καθιερωμένο Μοντέλο, μια θεωρία που εξηγεί το σημερινό μας σύμπαν.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• Minting the Future με την Adryenn Ashley. Πρόσβαση εδώ.
• Αγορά και πώληση μετοχών σε εταιρείες PRE-IPO με το PREIPO®. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=63129.php