เกิดอะไรขึ้นในไมโครวินาทีแรกหลังบิ๊กแบง?

สารบัญ:

เกิดอะไรขึ้นในไมโครวินาทีแรกหลังบิ๊กแบง?
เกิดอะไรขึ้นในไมโครวินาทีแรกหลังบิ๊กแบง?
Anonim

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนได้ค้นพบว่าเกิดอะไรขึ้นกับพลาสมาบางประเภท ซึ่งเป็นเรื่องแรกสุดในจักรวาล ภายในไมโครวินาทีแรกหลังบิ๊กแบง การค้นพบของพวกเขาเผยให้เห็นชิ้นส่วนของปริศนาเกี่ยวกับวิวัฒนาการของจักรวาลที่เรารู้จักในปัจจุบันนี้: วิทยาศาสตร์สมัยใหม่กล่าวว่าเมื่อประมาณ 14 พันล้านปีก่อน จักรวาลของเราเปลี่ยนจากสภาวะที่ร้อนและหนาแน่นมากขึ้นไปสู่สภาวะที่ขยายตัวอย่างรุนแรง - กระบวนการที่เรียกว่า บิ๊กแบง. และในขณะที่เรารู้ว่าการขยายตัวอย่างรวดเร็วนี้ทำให้เกิดอนุภาค อะตอม ดาวฤกษ์ กาแล็กซี และสิ่งมีชีวิตบนโลกของเรา รายละเอียดของการเกิดเอกภพนั้นยังไม่ทราบรายละเอียดแน่ชัด ผลงานชิ้นใหม่นี้ทำให้กระจ่างเกี่ยวกับช่วงเวลาแรกของการดำรงอยู่ของทุกสิ่ง ผลลัพธ์ที่ได้ทำให้นักวิจัยสามารถฟื้นฟูวิวัฒนาการของเอกภพยุคแรกได้ทีละขั้น ด้วยความช่วยเหลือจาก Large Hadron Collider ที่ CERN นักฟิสิกส์สามารถสร้างกรอบเวลาเล็กๆ ซึ่งทั้งจักรวาลมีขนาดค่อนข้างกะทัดรัด

จักรวาลเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ทฤษฎีที่มีพื้นฐานที่สุดเกี่ยวกับต้นกำเนิดของจักรวาลของเราบอกว่ามันถือกำเนิดขึ้นในกระบวนการของบิกแบง นักวิจัยได้ข้อสรุปนี้โดยการสังเกตกาแล็กซี - พวกมันกำลังเคลื่อนตัวออกจากกาแลคซีของเราด้วยความเร็วมหาศาลในทุกทิศทาง ราวกับว่าถูกขับเคลื่อนด้วยแรงระเบิดในสมัยโบราณ

นักบวชชาวเบลเยียมชื่อ Georges Lemaitre เสนอทฤษฎีบิ๊กแบงครั้งแรกในปี 1920 โดยบอกว่าจักรวาลเริ่มต้นด้วยอะตอมเดียว แนวคิดนี้พัฒนาขึ้นจากการสังเกตการณ์ของเอ็ดวิน ฮับเบิล เช่นเดียวกับการค้นพบรังสีไมโครเวฟพื้นหลังในทศวรรษ 1960 (รังสีที่ระลึกหรือเสียงสะท้อนของบิ๊กแบง) โดย Arno Penzias และ Robert Wilson

Image
Image

CMB คือรังสีพื้นหลังไมโครเวฟที่เหมือนกันในทุกทิศทาง มีลักษณะสเปกตรัมของวัตถุสีดำสนิทที่อุณหภูมิ ~ 2.7 K.

งานเพิ่มเติมโดยนักวิทยาศาสตร์ช่วยชี้แจงจังหวะของบิ๊กแบง นี่คือสิ่งที่ National Geographic เขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้:

“ในเสี้ยววินาทีแรกของการดำรงอยู่ จักรวาลมีขนาดเล็กมาก - น้อยกว่าหนึ่งล้านพันล้านพันล้านในขนาดอะตอม ในสถานะพลังงานที่หนาแน่นจนคาดไม่ถึงเช่นนี้ เชื่อกันว่าแรงพื้นฐานสี่แรง ได้แก่ แรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และปฏิกิริยานิวเคลียร์อย่างแรงและอ่อน ถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นอันเดียว อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร เช่นเดียวกับวิธีที่แรงโน้มถ่วงทำงานในระดับอะตอม ยังคงเป็นปริศนาในทุกวันนี้

นักวิจัยยังสังเกตด้วยว่าเมื่อเวลาผ่านไปและการเย็นตัวของสสารในจักรวาล อนุภาคชนิดต่างๆ ก็เริ่มก่อตัวขึ้น ซึ่งในที่สุดก็รวมตัวเป็นดาวและกาแลคซี่ อย่างน่าทึ่ง เมื่อถึงเวลาที่เอกภพมีอายุหนึ่งพันล้านวินาที มันเย็นลงเพียงพอสำหรับแรงพื้นฐานทั้งสี่ที่จะแยกออกจากกัน ทำให้อนุภาคพื้นฐานก่อตัวขึ้นได้

Image
Image

การวิจัยก่อนหน้านี้ได้พิสูจน์แล้วว่าพลาสมาควาร์กกลูออนมีอยู่จริง

แต่ถึงกระนั้น จักรวาลก็ยังร้อนไม่พอ และอนุภาคจำนวนมากที่รู้จักในปัจจุบัน (เช่น โปรตอน) ก็ไม่มีเวลาก่อตัว ต่อมาในขณะที่เอกภพขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ซุปดั้งเดิมที่ร้อนจัดซึ่งเรียกว่าควาร์ก-กลูออนพลาสมายังคงเย็นลง นี่คือสิ่งที่น่าสนใจที่สุด - เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยจาก CERN ที่ทำงานที่ Large Hadron Collider สามารถสร้างควาร์ก - กลูออนพลาสมาได้

เรื่องแรกสุดในจักรวาล

ดังนั้นโดยควาร์ก-กลูออนพลาสมา นักวิจัยจึงหมายถึงเรื่องที่เกิดขึ้นในช่วงไมโครวินาทีแรกหลังบิกแบง นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าพลาสมาซึ่งประกอบด้วยควาร์กและกลูออน ถูกแยกออกจากกันโดยการขยายตัวอย่างร้อนรนของจักรวาล หลังจากนั้นส่วนที่เหลือของควาร์กถูกเปลี่ยนเป็นฮาดรอน

ฮาดรอนที่มีสามควาร์กสร้างโปรตอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอม แกนเหล่านี้คือหน่วยการสร้างที่ประกอบขึ้นเป็นโลก ตัวเรา และจักรวาลรอบตัวเรา

ตามที่ผู้เขียนงานทางวิทยาศาสตร์พบว่า quark-gluon plasma (QGP) ปรากฏใน 0, 000001 วินาทีแรกของ Big Bang และหายไปเนื่องจากการขยายตัวของจักรวาล แต่ด้วยความช่วยเหลือของ LHC ที่ CERN นักวิจัยสามารถสร้างเรื่องแรกนี้ขึ้นมาใหม่และติดตามว่าเกิดอะไรขึ้นกับมัน

“เครื่องชนกันไอออนจากพลาสมาด้วยความเร็วสูง เกือบจะเหมือนกับความเร็วของแสง สิ่งนี้ทำให้เราเห็นว่า QGP มีวิวัฒนาการจากสสารของตัวเองไปสู่นิวเคลียสของอะตอมและองค์ประกอบสำคัญของชีวิตอย่างไร” Yu Zhou ผู้เขียนนำกล่าวกับ Phys.org

Image
Image

กาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นหนึ่งในหลายแสนล้านที่เหมือนกัน

เป็นเวลานานที่นักวิจัยคิดว่าพลาสมาเป็นรูปแบบของก๊าซ แต่การวิเคราะห์ใหม่ยืนยันว่าพลาสมานั้นเรียบและมีเนื้อสัมผัสที่นุ่มนวลเหมือนน้ำ รายละเอียดใหม่ยังแสดงให้เห็นด้วยว่าพลาสมามีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งน่าแปลกใจและแตกต่างอย่างมากจากเรื่องอื่นๆ ที่ทราบกันดีอยู่แล้ว

สิ่งนี้น่าสนใจ: นักวิทยาศาสตร์รู้อะไรเกี่ยวกับอายุและการขยายตัวของจักรวาลบ้าง

“การค้นพบแต่ละครั้งเป็นก้อนอิฐที่เพิ่มโอกาสในการเรียนรู้ความจริงเกี่ยวกับบิ๊กแบง เราใช้เวลาประมาณ 20 ปีกว่าจะหาว่าพลาสมาควาร์ก-กลูออนนั้นเป็นของเหลว ก่อนที่มันจะกลายเป็นเฮดรอนและส่วนประกอบสำคัญของชีวิต ดังนั้นความรู้ใหม่ของเราเกี่ยวกับพฤติกรรมที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาของพลาสมาจึงเป็นความก้าวหน้าที่แท้จริง - เขียนผู้เขียนการศึกษา