A fizika törvényei korábban mások voltak, ami megmagyarázhatja, miért létezel

A fizika törvényei korábban mások voltak, ami megmagyarázhatja, miért létezel

Időbélyeg: 6. június 2023. 12:59
Forrás csomópont: 2704958
06. június 2023. (Nanowerk News) A fizika törvényei az univerzum kezdetén biztosan mások voltak, mint most – derül ki a Floridai Egyetem csillagászai által végzett észbontó tanulmányból, amely támpontokat ad arra vonatkozóan, hogy miért alakulhattak ki csillagok, bolygók és maga az élet a világegyetemben. világegyetem. A galaxisok hatalmas millió, billió csoportja eloszlásának elemzése után a tudósok felfedezték, hogy a fizikai törvények egykor előnyben részesítették az alakzatokat a tükörképeikkel szemben. Mintha maga az univerzum a jobbkezes dolgokat preferálta volna a balkezesek helyett, vagy fordítva. Az eredmények, amelyeket részben az UF szuperszámítógépe, a HiPerGator tett lehetővé, megmagyarázzák a kozmológia talán legnagyobb kérdését: Miért létezik bármi? Ez azért van így, mert a teremtés legkorábbi pillanataiban szükség van valamiféle kézügyességre, hogy megmagyarázzuk, miért áll a világegyetem anyagból, abból az anyagból, amely mindent, amit látunk, tesz. Az eredmények segítenek megerősíteni az ősrobbanás elméletének központi tételét is, amely az univerzum keletkezéséről szól. „Mindig is érdekeltek az univerzummal kapcsolatos nagy kérdések. Mi a világegyetem kezdete? Milyen szabályok szerint fejlődik? Miért van inkább valami, mint semmi?” – mondta Zachary Slepian, az UF csillagászprofesszora, aki az új tanulmányt irányította. "Ez a munka ezekre a nagy kérdésekre keresi a választ." Slepian az UF posztdoktori kutatójával és a tanulmány első szerzőjével, Jiamin Hou-val és a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium fizikusával, Robert Cahnnal dolgozott együtt az elemzés elvégzésében. A trió eredményeiket a folyóiratban tették közzé A Királyi Csillagászati ​​Társaság havi értesítése („Paritás-páratlan módusok mérése a Sloan Digital Sky Survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey tizenkettedik adatközlése CMASS és LOWZ galaxisok nagyméretű 4 pontos korrelációs függvényében”).

Tükörkép

Vizsgálatuk célja a fizikában a „paritásszimmetria” néven ismert fogalom megsértésének felkutatása volt, amely a bal- vagy jobbkezességhez hasonló tükörképi visszaverődésekre utal. A fizikában sok dologról elmondható, hogy van kezessége, mint például az elektron spinje. A mai fizika törvényei azonban általában nem törődnek azzal, hogy ez a pörgés bal- vagy jobbkezes-e. A fizika törvényeinek egyenlő vagy szimmetrikus alkalmazását, tekintet nélkül a kezességre, paritásszimmetriának nevezzük. Az egyetlen probléma az, hogy a paritásszimmetria valamikor megtörhetett. Valamilyen ősi paritássértés – valamiféle jobbkezes vagy balkezes dolgok előnyben részesítése a távoli múltban – szükséges ahhoz, hogy megmagyarázzuk, hogyan teremtett az univerzum több anyagot, mint antianyagot. Ha az ősrobbanás idején fennáll a paritásszimmetria, akkor az anyag és az antianyag egyenlő része egyesülne, megsemmisítette volna egymást, és teljesen üresen hagyta volna az univerzumot. Így a Physical Review Letters-ben nemrég megjelent cikkben Slepian, Hou és Cahn egy ötletes módszert javasoltak annak bizonyítékok felkutatására, hogy az ősrobbanás során valóban megsértették a paritást. Az volt az ötletük, hogy négy galaxis minden lehetséges kombinációját képzeljék el az éjszakai égbolton. Kösd össze ezt a négy galaxist képzeletbeli vonalakkal, és kapsz egy ferde piramist, egy tetraédert. Ez a lehető legegyszerűbb 3D alakzat – és így a legegyszerűbb alakzat, amelynek tükörképe van, a paritásszimmetria kulcstesztje. Módszerükhöz ezermilliárd lehetséges tetraéder elemzésére volt szükség egymillió galaxis mindegyikéhez, ami hihetetlen számú kombinációt jelent. „Végül rájöttünk, hogy új matematikára van szükségünk” – mondta Slepian. Így Slepian csapata kifinomult matematikai képleteket fejlesztett ki, amelyek lehetővé tették a hatalmas számítások ésszerű időn belüli elvégzését. Még mindig jelentős számítási teljesítményt igényelt. „Az UF egyedülálló technológiája, amely a HiPerGator szuperszámítógéppel és a fejlett GPU-kkal rendelkezik, lehetővé tette számunkra, hogy több ezer alkalommal lefuttatjuk az elemzést különböző beállításokkal, hogy teszteljük az eredményt” – mondta. Slepian csoportja felfedezte, hogy az univerzum már korán rányomta a bal- vagy jobbkezes dolgokat az anyagra, amely végül a mai galaxisokká vált. (Az összetett matematika azonban megnehezíti annak megállapítását, hogy ez a jobbkezesség vagy a balkezesség előnyben részesítése volt.) Megállapításukat hét szigmának nevezett bizonyossággal állapították meg, amely annak mértéke, hogy mennyire valószínűtlen az eredmény elérése pusztán a véletlenen alapul. A fizikában az öt szigma vagy annál nagyobb jelentőségű eredményt általában megbízhatónak tekintik, mert ezen a szinten eltűnően kicsi az esély egy véletlen eredményre. A Slepian, Cahn és Hou által javasolt módszerrel egy korábbi Slepian labortag által végzett hasonló elemzés ugyanazt az univerzális kézi preferenciát azonosította, bár a vizsgálati terv eltérései miatt valamivel kisebb statisztikai megbízhatósággal. Továbbra is lehetséges, hogy az alapul szolgáló mérések bizonytalansága magyarázhatja az aszimmetriát. Szerencsére a következő generációs távcsövekből származó sokkal nagyobb galaxisminták elegendő adatot szolgáltathatnak ahhoz, hogy néhány év alatt eltöröljék ezeket a bizonytalanságokat. Slepian csoportja az UF-nél a Dark Energy Spectroscopic Instrument teleszkópcsapatának részeként elemzi ezeket az új, robusztusabb adatokat. Nem ez az első alkalom, hogy paritássértést észlelnek, de ez az első bizonyíték a paritássértésre, amely hatással lehet a galaxisok háromdimenziós csoportosítására az univerzumban. Az egyik alapvető erő, a gyenge erő szintén megsérti a paritást. De hatótávolsága rendkívül korlátozott, és nem tudja befolyásolni a galaxisok léptékét, és nem magyarázza meg az univerzum anyagbőségét. Ehhez az egyetemes befolyáshoz a paritás megsértésére lenne szükség, hogy az ősrobbanás pillanatában, az inflációnak nevezett időszakban következzen be. "Mivel a paritás megsértése csak az infláció során véshető rá az univerzumra, ha igaz, amit találtunk, akkor füstölgő bizonyítékot szolgáltat az inflációra" - mondta Slepian. Slepian laboratóriumának megállapításai még nem tudják megmagyarázni, hogyan változtak a fizika törvényei, amihez új elméletekre lesz szükség, amelyek túlmutatnak a standard modellen, amely elmélet megmagyarázza jelenlegi univerzumunkat.

Időbélyeg:

Még több Nanowerk