Раньше законы физики были другими, что может объяснить, почему вы существуете

Переиздано Платоном

Читают: 0

06 июня 2023 г. (Новости Наноуэрк) Законы физики должны были быть другими в начале Вселенной, чем сейчас, согласно умопомрачительному исследованию, проведенному астрономами Университета Флориды, которое дает ключ к пониманию того, почему звезды, планеты и сама жизнь смогли сформироваться в вселенная. Проанализировав распределение огромного миллиона триллионов групп галактик, ученые обнаружили, что физические законы когда-то предпочитали один набор форм их зеркальным отражениям. Это как если бы сама Вселенная отдавала предпочтение правосторонним вещам, а не левосторонним, или наоборот. Выводы, сделанные частично благодаря суперкомпьютеру HiPerGator из UF, помогают объяснить, возможно, самый важный вопрос в космологии: почему что-то существует? Это потому, что какая-то рука в самые ранние моменты творения необходима, чтобы объяснить, почему вселенная состоит из материи, из которой состоит все, что мы видим. Результаты также помогают подтвердить центральный принцип теории Большого взрыва о происхождении Вселенной. «Меня всегда интересовали большие вопросы о Вселенной. Что такое начало Вселенной? По каким законам она развивается? Почему есть что-то, а не ничего?» сказал Закари Слепян, профессор астрономии из Университета Флориды, руководивший новым исследованием. «Эта работа посвящена этим важным вопросам». Слепян работал с постдокторантом UF и первым автором исследования, Джиамином Хоу, и физиком Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли Робертом Каном, чтобы провести анализ. Трио опубликовало свои выводы в журнале Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества («Измерение нечетно-четных мод в крупномасштабной 4-точечной корреляционной функции Sloan Digital Sky Survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, двенадцатый выпуск данных галактик CMASS и LOWZ»).

Зеркальное изображение

Их исследование было разработано для поиска нарушения концепции, известной в физике как «симметрия по четности», которая относится к зеркальному отражению, сродни леворукости или праворукости. Можно сказать, что о многих вещах в физике есть хиральность, например, о вращении электрона. Однако сегодняшним законам физики обычно все равно, левостороннее это вращение или правостороннее. Это равное или симметричное применение законов физики независимо от руки называется симметрией по четности. Единственная проблема заключается в том, что симметрия четности в какой-то момент должна быть нарушена. Некоторое древнее нарушение четности — какое-то предпочтение правовращающего или левовращающего вещества в далеком прошлом — требуется, чтобы объяснить, как Вселенная создала больше материи, чем антиматерии. Если бы во время Большого взрыва сохранялась четная симметрия, равные части материи и антиматерии соединились бы, аннигилировали друг друга и оставили бы Вселенную совершенно пустой. Поэтому в недавней статье, опубликованной в Physical Review Letters, Слепян, Хоу и Кан предложили изобретательный способ поиска доказательств того, что паритет действительно был нарушен во время Большого взрыва. Их идея состояла в том, чтобы представить все возможные комбинации четырех галактик в ночном небе. Соедините эти четыре галактики воображаемыми линиями, и у вас получится кривобокая пирамида, тетраэдр. Это самая простая трехмерная форма из всех возможных и, следовательно, самая простая форма, имеющая зеркальное отображение, что является ключевым тестом на симметрию четности. Их метод требовал анализа триллиона возможных тетраэдров для каждой из миллионов галактик, невероятное количество комбинаций. «В конце концов мы поняли, что нам нужна новая математика», — сказал Слепян. Поэтому команда Слепяна разработала сложные математические формулы, которые позволили выполнять огромные вычисления в разумные сроки. Это по-прежнему требовало значительных вычислительных мощностей. «Уникальная технология UF с суперкомпьютером HiPerGator и его передовыми графическими процессорами позволила нам провести анализ тысячи раз с различными настройками, чтобы проверить наш результат», — сказал он. Группа Слепяна обнаружила, что Вселенная действительно отпечатала раннее предпочтение левого или правого направления в материале, который в конечном итоге стал сегодняшними галактиками. (Однако из-за сложной математики трудно сказать, было ли это предпочтение правшам или левшам.) Они установили свое открытие со степенью достоверности, известной как семь сигм, мера того, насколько маловероятно достижение результата. основанный только на случайности. В физике результат со значимостью пять сигм или выше обычно считается надежным, потому что вероятность случайного результата на этом уровне исчезающе мала. Аналогичный анализ, проведенный бывшим сотрудником лаборатории Слепяна с использованием метода, предложенного Слепяном, Каном и Хоу, выявил такое же предпочтение универсальной руки, хотя и с несколько меньшей статистической достоверностью из-за различий в дизайне исследования. Остается возможным, что неопределенность в основных измерениях может объяснить асимметрию. К счастью, гораздо более крупные выборки галактик с телескопов следующего поколения могут предоставить достаточно данных, чтобы устранить эти неопределенности всего за несколько лет. Группа Слепяна в UF проведет анализ этих новых, более надежных данных в составе команды телескопа Dark Energy Spectroscopic Instrument. Это не первый случай обнаружения нарушения четности, но это первое свидетельство нарушения четности, которое может повлиять на трехмерное скопление галактик во Вселенной. Одно из фундаментальных взаимодействий, слабое взаимодействие, также нарушает четность. Но его досягаемость чрезвычайно ограничена, и он не может ни повлиять на масштабы галактик, ни объяснить обилие материи во Вселенной. Это универсальное влияние потребовало бы, чтобы нарушение паритета произошло прямо в момент Большого взрыва, периода, известного как инфляция. «Поскольку нарушение паритета может быть отпечатано во Вселенной только во время инфляции, если то, что мы обнаружили, верно, это дает неопровержимые доказательства инфляции», — сказал Слепян. Выводы лаборатории Слепяна пока не могут объяснить, как изменились законы физики, что потребует новых теорий, выходящих за рамки Стандартной модели, теории, объясняющей нашу нынешнюю Вселенную.