יש חור בסיפור איך היקום שלנו היה. ראשית, היקום התנפח במהירות, כמו בלון. ואז הכל הלך ויפה.
אך כיצד חיבור בין שתי התקופות הללו, פיסקו פיזיקאים. כעת, מחקר חדש מציע דרך לקשר בין שתי התקופות.
בתקופה הראשונה, היקום צמח מנקודה קטנה כמעט אינסופית לכמעט אוקטיליון (זה 1 ואחריו 27 אפסים) פי פעם בגודלו בפחות משל טריליון של שנייה. אחרי תקופת האינפלציה ההיא התרחשה תקופת התרחבות הדרגתית יותר, אך אלימה, שאנו מכירים כמפץ הגדול. במהלך המפץ הגדול, כדור אש חם להפליא של חלקיקים יסודיים - כמו פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים - התרחב והתקרר ליצירת האטומים, הכוכבים והגלקסיות שאנו רואים כיום.
תיאוריית המפץ הגדול, המתאר אינפלציה קוסמית, נותרה ההסבר הנתמך ביותר על האופן בו התחיל היקום שלנו, ובכל זאת מדענים עדיין נבוכים מהקשרים בין תקופות ההתרחבות השונות לחלוטין. כדי לפתור את ההתערבות הקוסמית הזו, צוות חוקרים ממכללת קניון, מכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) ואוניברסיטת ליידן בהולנד הדמו את המעבר הקריטי בין אינפלציה קוסמית למפץ הגדול - תקופה שהם מכנים "התחממות מחודשת".
דייוויד קייזר, פרופסור לפיזיקה ב- MIT, אמר בהצהרה כי "התקופה המחממת לאחר האינפלציה קובעת את התנאים למפץ הגדול ובמובן מסוים מכניסה את 'המפץ' למפץ הגדול. "זו תקופת הגשר הזו שבה כל הגיהינום משתחרר והחומר מתנהג בכל דרך פרט לפשוטה."
כאשר היקום התפשט כהרף עין של שנייה במהלך האינפלציה הקוסמית, התפשט כל החומר הקיים והשאיר את היקום מקום קר וריק, נטול מרק החלקיקים החם הדרוש כדי להצית את המפץ הגדול. במהלך תקופת החימום מחדש, האמונה כי האינפלציה המניעה את האינפלציה הולכת ונמוגה לחלקיקים, אמרה רחל נגוין, דוקטורנטית לפיזיקה מאוניברסיטת אילינוי וסופרת ראשית של המחקר.
"ברגע שהחלקיקים האלה מיוצרים, הם מקפצים ומתדפקים זה בזה, ומעבירים תנופה ואנרגיה," אמר נגוין ל- Live Science. "וזה מה שמעבד ומחמם את היקום מחדש כדי לקבוע את התנאים הראשוניים למפץ הגדול."
במודל שלהם, נג'ן ועמיתיה הדמו את ההתנהגות של צורות חומר אקזוטיות המכונות אינפלטונים. מדענים חושבים שחלקיקים היפותטיים אלו, הדומים באופיים לבוסון היגס, יצרו את שדה האנרגיה שהניע אינפלציה קוסמית. המודל שלהם הראה כי בתנאים הנכונים ניתן היה לחלק מחדש את האנרגיה של המתנפחים ביעילות כדי ליצור את מגוון החלקיקים הדרושים כדי לחמם את היקום מחדש. הם פרסמו את תוצאותיהם ב -24 באוקטובר בכתב העת Physical Review Letters.
כור היתוך לפיזיקה עתירת אנרגיה
טום גיבלין, פרופסור חבר לפיזיקה במכללת קניון באוהיו וסופר משותף של המחקר, אמר: "כשאנחנו חוקרים את היקום המוקדם, מה שאנחנו באמת עושים הוא ניסוי חלקיקים בטמפרטורות מאוד מאוד גבוהות. "המעבר מהתקופה האינפלציונית הקרה לתקופה החמה הוא כזה שצריך להכיל כמה ראיות מפתח לגבי אילו חלקיקים באמת קיימים באנרגיות גבוהות במיוחד אלה."
שאלה מהותית אחת הפוגעת בפיזיקאים היא כיצד כוח הכבידה מתנהג באנרגיות הקיצוניות הקיימות במהלך האינפלציה. בתורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין, מאמינים כי כל החומר מושפע מכוח הכבידה באותו אופן, כאשר כוח הכובד הוא קבוע ללא קשר לאנרגיית החלקיק. עם זאת, בגלל העולם המוזר של מכניקת הקוונטים, מדענים חושבים שבאנרגיות גבוהות מאוד, החומר מגיב לכובד כוח אחרת.
הצוות שילב הנחה זו במודל שלהם על ידי ציוץ עד כמה חזק החלקיקים אינטראקציה עם כוח הכבידה. הם גילו שככל שהגדילו את כוח הכובד, כך יעבו האינפלטונים בצורה יעילה יותר לייצור גן החיות של חלקיקי חומר חם שנמצא במהלך המפץ הגדול.
כעת, הם צריכים למצוא עדויות כדי לבשר את המודל שלהם אי שם ביקום.
"היקום מחזיק בסודות כה רבים המקודדים בדרכים מורכבות מאוד", אמר גיבלין ל- Live Science. "תפקידנו ללמוד על אופי המציאות על ידי הגדרת מכשיר לפענוח - דרך להפיק מידע מהיקום. אנו משתמשים בסימולציות כדי לחזות כיצד יראה היקום כדי שנוכל להתחיל בפענוחו. תקופת ההתחממות הזו צריכה להשאיר חותם אי שם ביקום. אנחנו רק צריכים למצוא את זה. "
אבל מציאת חותם זה יכול להיות מסובך. ההצצה המוקדמת ביותר שלנו ליקום היא בועת קרינה שנשארה ממאות אלפי שנים אחרי המפץ הגדול, שנקרא רקע המיקרוגל הקוסמי (CMB). עם זאת, ה- CMB רומז רק על מצב היקום באותן שניות קריטיות ראשונות ללידה. פיסיקאים כמו גיבלין מקווים שתצפיות עתידיות על גלי הכבידה יספקו את הרמזים הסופיים.
