Да добавим "взрива" към Големия взрив

[asthfghl]

Зараждането на Вселената се свързва с две отделни събития - космическата инфлация и Големия взрив, като тези два периода от развитието й са толкова различни един от друг, че досега е било невъзможно да се направи логично издържана връзка между тях. Но ето, че напоследък учените започват да се ориентират към една специална фаза, наречена "повторно загряване", която може най-сетне успешно да постави моста между двата периода от развитието на Вселената.

В днешни дни, благодарение на напредъка на технологиите и развитието на теоретичната физика, все повече свидетелства сочат към това, че преди същинския Голям взрив, за един много кратък период от време е съществувала една друга, доста по-различна фаза от развитието на Вселената - космическата инфлация. През този период, който траел по-малко от една трилионна част от секундата, под въздействието на процес, който при тогавашните екстремни условия е накарал гравитацията да действа отблъскващо, цялата съвкупоност от материя и енергия във Вселената се раздула до невъобразимо огромни размери със скорост, многократно надвишаваща тази на светлината. Едва след като този процес приключил, започнало добре познатото ни разширение, което днес наричаме Голям взрив.

Макар и от доста години все повече трупащи се доказателства да сочат недвусмислено за съществуването на тези два отделни и последователни процеса, между тях дълго време е останал един проблем. Те са толкова радикално различни един от друг, че обединяването им чрез логическа хронологична връзка е било невъзможно. Сега обаче учените от MIT са на път да решат този основен недостатък на космологията.

Тяхната хипотеза се основава на възможността между двете фази да е протекъл междинен процес, който да е свързал мигновената космическа инфлация с по-постепенното разширение при последващия Голям взрив. Този свързващ процес е наречен "повторно загряване" и започва в края на космическата инфлация (между 10^-35 сек и 10^-10 сек след началото). Според тази хипотеза, повторното загряване има за резултат превръщането на хладната, мигновено раздуваща се и почти напълно хомогенна Вселена, в съвкупността от нагорещена, сложно разпределена и по-хаотична материя, с която се характеризира могъщият Голям взрив.

Така в известен смисъл този период на повторно загряване добавя "взрива" към Големия взрив. В този момент настъпва истински ад и материята във Вселената започва да се държи по сложен и напълно произволен начин.



За да получат тези резултати и да изградят цялостна картина на фазата на повторното загряване, на учените се наложило да положат къртовски труд и да извършат множество детайлни симулации на взаимодействията между различни типове материя по време на хаотичния начален период от живота на космоса. Тези симулации показват, че екстремната енергия, която е породила процеса на инфлация, би могла да се разпредели по начин, който да създаде условията, необходими за предизвикването на Големия взрив, в рамките на една нищожна част от секундата.

Този период на екстремна трансформация, по-кратък от една трилионна част от секундата, е бил достатъчен за протичането и завършването на космическата инфлация. Възможно е той да е бил допълнително съкратен и от квантовите ефекти при тези екстремни условия, които временно са променили свойствата на материята дотолкова, че в този момент гравитацията е действала отблъскващо, а при невероятната плътност, нейната отблъскваща сила е била в състояние да раздуе пространството от размери под Планковата дължина до невъобразимо огромни мащаби със скорост, трилиони пъти по бърза от тази на светлината (важно е да уточним, че скоростта на светлината си остава най-високото ограничение във Вселената, но тя се отнася до придвижването на материя, енергия или информация ПРЕЗ пространството, но не и до скоростта на разширяване на САМОТО пространство).

Тази хипотеза позволява да се направи логическа връзка и да се установи последователна хронология, която включва периода на инфлация с Големия взрив, като проследява непрекъсната верига от взаимосвързани процеси, обяснени чрез вече познатите ни физични закони.

Синхронизиране на космическата инфлация с Големия взрив

Теорията за космическата инфлация, представена през 80те от Алан Гут, обрисува един начален процес в съществуването на Вселената, когато тя е била около 100 милиарда пъти по-малка от протона. По това време тя е била изпълнена с изключително енергична материя - енергиите са били толкова високи, че след произволната квантова флуктуация, породила пръкването й, невъобразимото налягане е предизвикало експоненциален отблъскващ ефект, подтиквайки мигновената инфлация.

Тази отблъскваща сила раздула тази прото-материя толкова бързо, че тя увеличила размерите си 10^26 пъти за по-малко от една трилионна част от секундата. След това настъпил първият стадий на повторното загряване, за който става въпрос по-горе.



Учените смятат, че началните етапи от повторното загряване би следвало да се означат като серия от резонанси, предизвикани от доминацията на една от формите на високоенергийна материя, която е трептяла в синхрон през огромни региони от вече разширеното вследствие от инфлацията пространство. Това е довело до експлозивно производство на нови частици.

Това поведение на материята обаче не трае дълго и след като започне преносът на енергия към втория тип материя, на свой ред неговото трептене започва да придобива по-насечен и неравномерен характер с по-нататъшното разширение на пространството. Изследователите изчисляват колко време би отнело разпадането на първоначалния резонанс, в резултат на което новопроизведените частици са се разпръснали хаотично след честите сблъсъци помежду си и в даден момент са постигнали термично равновесие, съответстващо на условията при Големия взрив.

Като се основават на симулации за първоначалните условия и измервания на фоновото микровълново лъчение (остатъчната радиация след процеса, известен като "последно разпръскване", настъпил 3.8 х 10^5 сек след Големия взрив, която засичаме във всяка точка от космоса и до ден днешен), изследователите извършват компютърни симулации, в които е включена мащабна решетка с цел картографиране на различни типове материя. След това проследяват как енергията и разпределението на тези типове материя се е променяло из пространството с течение на времето и какви разлики са настъпили при определени условия.

Настройване на Космоса

След това екипът учени използва тези симулации, за да проследят поведението, свързано с двата доминиращи типа материя по време на периода на космическа инфлация, като преди това обаче добавят лека "настройка", за да видят как и гравитацията ще се впише в този модел.

Тази добавка води до отклонение в поведението на гравитацията спрямо Общата теория на относителността на Айнщайн. По този начин се представят условията на екстремно високи енергии, които са съществували в инфлационния период. При тези енергии, материята би следвало да си въздейства чрез гравитацията по по-различен начин, при който влияние оказват и квантовите ефекти при взаимодействията на атомно ниво.

Според Общата теория на относителността, силата на гравитацията се представя чрез константа, т.е. една частица ще взаимодейства с гравитацията по точно определен начин, независимо от енергията, която притежава. Но при много по-високи от обичайните нива на енергия, каквито са съществували по време на космическата инфлация, поведението на материята се е влияело силно от екстремните пространствени изкривявания и гравитацията е действала по доста по-сложен начин. Това явление е известно като "неминимално свързване".

Екипът от учени взима предвид този ефект при своите симулации и наблюдава как той изменя разпределението на материята и енергията с увеличаване и намаляване на този квантов ефект. Те установяват, че колкото по-силен е квантово модифицираният гравитационен ефект, толкова по-бързо Вселената преминава от хладната, хомогенна материя при космическата инфлация към много по-горещите и разнообразни типове материя, характерни за Големия взрив.

Фазата на повторно загряване е била най-лудият момент от еволюцията на космоса - тогава нещата наистина са излезли извън контрол и целият ад се стоварил върху съвсем младата Вселена. В онзи миг, материята е взаимодействала толкова силно, че внезапното главоломно раздуване на пространството е прекъснало също толкова рязко, колкото е и започнало, подреждайки по този начин сцената за настъпването на Големия взрив, който ни е вече толкова познат и логичен за обяснение.

Източник: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.171301