Nekoč so bili fizikalni zakoni drugačni, kar lahko pojasni, zakaj obstajate

Nekoč so bili fizikalni zakoni drugačni, kar lahko pojasni, zakaj obstajate

Časovni žig: 6. junij 2023 12:59
Izvorno vozlišče: 2704958
06. junij 2023 (Nanowerk novice) Zakoni fizike so morali biti na začetku vesolja drugačni, kot so zdaj, ugotavlja neverjetna študija, ki so jo izvedli astronomi Univerze na Floridi in ki daje namige, zakaj so se zvezde, planeti in samo življenje uspeli oblikovati v vesolje. Po analizi porazdelitve ogromnega milijona bilijonov skupin galaksij so znanstveniki odkrili, da so fizikalni zakoni nekoč dajali prednost enemu nizu oblik pred njihovimi zrcalnimi slikami. Kot da bi vesolje samo dajalo prednost desničarskim stvarem namesto levičarskim, ali obratno. Ugotovitve, ki jih je deloma omogočil UF-jev superračunalnik HiPerGator, odpravljajo razlago morda največjega vprašanja v kozmologiji: Zakaj karkoli obstaja? To je zato, ker je nekakšna spretnost v najzgodnejših trenutkih stvarjenja potrebna za razlago, zakaj je vesolje narejeno iz snovi, snovi, ki tvori vse, kar vidimo. Rezultati tudi pomagajo potrditi osrednje načelo teorije velikega poka o izvoru vesolja. »Vedno so me zanimala velika vprašanja o vesolju. Kaj je začetek vesolja? Kakšna so pravila, po katerih se razvija? Zakaj obstaja nekaj namesto nič?" je dejal Zachary Slepian, profesor astronomije UF, ki je nadzoroval novo študijo. "To delo obravnava ta velika vprašanja." Slepian je pri izvedbi analize sodeloval s podoktorskim raziskovalcem UF in prvim avtorjem študije Jiaminom Houjem ter fizikom Nacionalnega laboratorija Lawrence Berkeley Robertom Cahnom. Trio je svoje ugotovitve objavil v reviji Mesečna obvestila Royal Astronomical Society ("Merjenje paritetno-neparnih načinov v obsežni 4-točkovni korelacijski funkciji Sloan Digital Sky Survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey dvanajsta objava podatkov galaksij CMASS in LOWZ").

Zrcalna slika

Njihova študija je bila zasnovana za iskanje kršitev koncepta, znanega kot "paritetna simetrija" v fiziki, ki se nanaša na zrcalne odboje, podobne levičarjem ali desničarjem. Za mnoge stvari v fiziki lahko rečemo, da imajo ročnost, kot je vrtenje elektrona. Današnjim fizikalnim zakonom pa običajno ni vseeno, ali je to vrtenje levo ali desno. Ta enaka ali simetrična uporaba fizikalnih zakonov ne glede na roko se imenuje paritetna simetrija. Edina težava je, da je morala biti paritetna simetrija na neki točki porušena. Za razlago, kako je vesolje ustvarilo več materije kot antimaterije, je potrebna neka starodavna kršitev paritete – nekakšna preferenca za desničarje ali levičarje v daljni preteklosti. Če bi med velikim pokom veljala paritetna simetrija, bi se enaki deli snovi in ​​antimaterije združili, uničili drug drugega in pustili vesolje popolnoma prazno. Tako so v nedavnem članku, objavljenem v Physical Review Letters, Slepian, Hou in Cahn predlagali inventiven način iskanja dokazov, da je bila pariteta med velikim pokom res kršena. Njihova ideja je bila zamisliti vsako možno kombinacijo štirih galaksij na nočnem nebu. Povežite te štiri galaksije z namišljenimi črtami in dobili boste poševno piramido, tetraeder. To je najpreprostejša možna 3D oblika – in s tem najpreprostejša oblika, ki ima zrcalno sliko, ključni test za parnostno simetrijo. Njihova metoda je zahtevala analizo trilijona možnih tetraedrov za vsako od milijona galaksij, kar je bilo neverjetno število kombinacij. "Sčasoma smo spoznali, da potrebujemo novo matematiko," je dejal Slepian. Tako je Slepianova ekipa razvila sofisticirane matematične formule, ki so omogočile izvedbo neizmernih izračunov v razumnem času. Še vedno je zahteval precejšnjo količino računske moči. "Edinstvena tehnologija UF, ki jo imamo tukaj s superračunalnikom HiPerGator in njegovimi naprednimi grafičnimi procesorji, nam je omogočila, da analizo opravimo tisočkrat z različnimi nastavitvami, da preizkusimo naše rezultate," je dejal. Slepianova skupina je odkrila, da je vesolje res vtisnilo zgodnjo naklonjenost levo- ali desnosučnim stvarem v material, ki je sčasoma postal današnje galaksije. (Zaradi zapletene matematike je težko reči, ali je bila ta prednost za desničarje ali levičarje.) Svojo ugotovitev so ugotovili s stopnjo gotovosti, znano kot sedem sigma, merilo, kako malo verjetno je doseči rezultat samo na podlagi naključja. V fiziki se rezultat s pomembnostjo pet sigma ali več običajno šteje za zanesljivega, ker so možnosti za naključni rezultat na tej ravni izginotno majhne. Podobna analiza, ki jo je izvedel nekdanji član laboratorija Slepian z uporabo metode, ki so jo predlagali Slepian, Cahn in Hou, je identificirala enako univerzalno preferenco ročnosti, čeprav z nekoliko manjšo statistično zanesljivostjo zaradi razlik v zasnovi študije. Še vedno je možno, da bi negotovost v osnovnih meritvah lahko pojasnila asimetrijo. K sreči bi lahko veliko večji vzorci galaksij iz teleskopov naslednje generacije zagotovili dovolj podatkov za izbris teh negotovosti v samo nekaj letih. Slepianova skupina na UF bo izvedla analizo teh novih, robustnejših podatkov kot del ekipe teleskopa Dark Energy Spectroscopic Instrument. To ni prvič, da je bila opažena kršitev paritete, je pa prvi dokaz kršitve paritete, ki bi lahko vplivala na tridimenzionalno združevanje galaksij v vesolju. Ena od temeljnih sil, šibka sila, prav tako krši pariteto. Toda njegov doseg je izjemno omejen in ne more vplivati ​​na obseg galaksij niti razložiti številčnosti snovi v vesolju. Ta univerzalni vpliv bi zahteval, da se kršitev paritete zgodi prav v trenutku velikega poka, v obdobju, znanem kot inflacija. "Ker se lahko kršitev paritete vtisne v vesolje le med inflacijo, če je to, kar smo ugotovili, res, zagotavlja dokaze za inflacijo," je dejal Slepian. Ugotovitve Slepianovega laboratorija še ne morejo pojasniti, kako so se zakoni fizike spremenili, kar bo zahtevalo nove teorije, ki presegajo standardni model, teorijo, ki pojasnjuje naše trenutno vesolje.

Časovni žig:

Več od Nanowerk