Раніше закони фізики були іншими, що може пояснити, чому ви існуєте

Раніше закони фізики були іншими, що може пояснити, чому ви існуєте

Мітка часу: 6 червня 2023 12:59
Вихідний вузол: 2704958
06 червня 2023 (Новини Nanowerk) Згідно з приголомшливим дослідженням, проведеним астрономами Університету Флориди, на початку Всесвіту закони фізики мали бути іншими, ніж зараз Всесвіт. Проаналізувавши розподіл величезного мільйона трильйонів груп галактик, вчені виявили, що фізичні закони колись віддавали перевагу одному набору форм над їх дзеркальними відображеннями. Це ніби сам Всесвіт віддавав перевагу речам, що рухаються правою рукою, а не речами, що рухаються ліворуч, або навпаки. Відкриття, частково можливе завдяки суперкомп’ютеру UF HiPerGator, не пояснюють, можливо, найбільшого питання в космології: чому щось існує? Це тому, що якась ручність у найдавніші моменти створення необхідна, щоб пояснити, чому Всесвіт складається з матерії, речовини, яка створює все, що ми бачимо. Результати також допомагають підтвердити центральний принцип теорії Великого вибуху про походження Всесвіту. «Мене завжди цікавили великі питання про Всесвіт. Що таке початок Всесвіту? За якими правилами він розвивається? Чому є щось, а не нічого?» сказав Захарі Слепян, професор астрономії UF, який керував новим дослідженням. «Ця робота відповідає на ці великі питання». Над проведенням аналізу Слепян працював із докторантом UF і першим автором дослідження Цзяміном Хоу та фізиком Національної лабораторії Лоуренса Берклі Робертом Каном. Трійця опублікувала свої висновки в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society («Вимірювання паритетних непарних режимів у великомасштабній 4-точковій кореляційній функції Sloan Digital Sky Survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey дванадцятого випуску даних CMASS і LOWZ галактик»).

Дзеркальне відображення

Їхнє дослідження було розроблено для виявлення порушення концепції, відомої у фізиці як «симетрія парності», яка відноситься до дзеркальних відображень, схожих на лівша чи правша. Можна сказати, що багато речей у фізиці мають рухливість, як обертання електрона. Однак сьогоднішнім законам фізики зазвичай байдуже, лівостороннє чи правостороннє це обертання. Таке рівномірне або симетричне застосування законів фізики незалежно від рук називається паритетною симетрією. Єдина проблема полягає в тому, що симетрія парності повинна бути порушена в якийсь момент. Щоб пояснити, як у Всесвіті було створено більше матерії, ніж антиматерії, потрібне деяке давнє порушення паритету – якась перевага правій чи лівій стороні в далекому минулому. Якби симетрія парності зберігалася під час Великого вибуху, рівні частини матерії та антиматерії об’єдналися б, знищили одна одну і залишили б Всесвіт абсолютно порожнім. Тож у нещодавній статті, опублікованій у Physical Review Letters, Слепян, Хоу та Кан запропонували винахідливий спосіб пошуку доказів того, що парність дійсно була порушена під час Великого вибуху. Їх ідея полягала в тому, щоб уявити всі можливі комбінації чотирьох галактик на нічному небі. З’єднайте ці чотири галактики між собою уявними лініями, і ви отримаєте однобоку піраміду, тетраедр. Це найпростіша з можливих 3D-форма – і, отже, найпростіша фігура, яка має дзеркальне відображення, ключовий тест на симетрію парності. Їхній метод вимагав аналізу трильйона можливих тетраедрів для кожної з мільйона галактик, неймовірної кількості комбінацій. «Зрештою ми зрозуміли, що нам потрібна нова математика», — сказав Слепян. Тож команда Слепяна розробила складні математичні формули, які дозволили виконати величезні обчислення за розумний період часу. Це все ще вимагало значної обчислювальної потужності. «Унікальна технологія UF, яку ми маємо тут із суперкомп’ютером HiPerGator та його передовими графічними процесорами, дозволила нам запускати аналіз тисячі разів із різними налаштуваннями, щоб перевірити наш результат», — сказав він. Група Слепяна виявила, що всесвіт справді закарбував ранню перевагу лівих чи правих речей у матеріалі, який згодом став сучасними галактиками. (Однак складна математика ускладнює визначення того, чи була ця перевага для правші чи для ліворукості.) Вони встановили свій висновок зі ступенем достовірності, відомим як сім сигм, мірою того, наскільки малоймовірно досягти результату. заснований лише на випадку. У фізиці результат із значущістю п’ять сигм або вище зазвичай вважається надійним, оскільки ймовірність випадкового результату на цьому рівні надзвичайно мала. Подібний аналіз, проведений колишнім співробітником лабораторії Slepian з використанням методу, запропонованого Slepian, Cahn і Hou, виявив таку саму універсальну перевагу руки, хоча й з трохи меншою статистичною впевненістю через відмінності в дизайні дослідження. Залишається можливим, що невизначеність у основних вимірюваннях може пояснити асиметрію. На щастя, набагато більші зразки галактик з телескопів нового покоління можуть надати достатньо даних, щоб стерти ці невизначеності всього за кілька років. Група Слепяна з UF проведе аналіз цих нових, надійніших даних у складі групи телескопа Dark Energy Spectroscopic Instrument. Це не перше порушення паритету, але це перше свідчення порушення парності, яке може вплинути на тривимірне скупчення галактик у Всесвіті. Одна з фундаментальних сил, слабка сила, також порушує паритет. Але його охоплення надзвичайно обмежене, і воно не може вплинути на масштаб галактик і не пояснити велику кількість матерії у Всесвіті. Цей універсальний вплив вимагав би порушення паритету саме в момент Великого вибуху, періоду, відомого як інфляція. «Оскільки порушення паритету може бути відображено у Всесвіті лише під час інфляції, якщо те, що ми знайшли, є правдою, це є справжнім доказом інфляції», — сказав Слепян. Висновки лабораторії Слепяна поки що не можуть пояснити, як змінилися закони фізики, що вимагатиме нових теорій, що виходять за рамки Стандартної моделі, теорії, яка пояснює наш поточний Всесвіт.

Часова мітка:

Більше від Нановерк