Свет в ранней Вселенной: новая теория меняет представление о том, каким он был

Согласно новой теории, в ранней Вселенной именно гравитация могла создавать свет. «Хайтек» рассказывает главное о новом исследовании.

Исследовательская группа физиков обнаружила, что гравитация может превратиться в свет, но только если пространство-время «ведет себя правильно».

Что такое Стандартная модель и как она работает?

Стандартная модель — это современная теория строения и взаимодействий элементарных частиц, многократно проверенная экспериментально. Сама теория базируется на очень небольшом количестве постулатов и позволяет теоретически предсказывать свойства тысяч различных процессов в мире элементарных частиц. Современная формулировка была завершена в 2000-е годы после экспериментального подтверждения существования кварков. Она была предложена тремя учеными и содержит, в частности, объяснения возникновения массы элементарных частиц в рамках механизма спонтанного нарушения симметрии, предложенного Хиггсом.

Особенность модели, которая «меняет правила игры»

Одна из ее особенностей в том, что она обычно запрещает превращение безмассовых частиц в массивные. В то время как частицы в Стандартной модели постоянно превращаются друг в друга посредством различных реакций и процессов, фотон — безмассовый носитель света — «остается самим собой». Но, если условия подходящие, это возможно (например, когда он взаимодействует с тяжелым атомом), он может спонтанно разделиться и стать электроном и позитроном, которые являются массивными частицами.

Концепция гравитации и черной дыры. Фото: ru.freepik.com

Эта идея вдохновила авторов нового исследования. Они хотели понять, может ли сама гравитация превращаться в другие частицы.

Проверка идеи

Да, обычно гравитацию рассматривают в контексте общей теории относительности, согласно которой изгибы и искривления пространства-времени влияют на движение частиц. В таком случае очень сложно представить, как она может создавать частицы. Хитрость в том, что гравитацию можно рассматривать через квантовую оптику. Например, представляя ее как силу, переносимую гравитонами. Хотя современная картина квантовой гравитации далека от завершения, известно, что эти бесчисленные невидимые частицы будут вести себя как любые другие фундаментальные частицы, включая потенциально трансформирующиеся.

Чтобы проверить эту идею, физики изучили условия очень ранней Вселенной — маленькой, горячей и плотной. Там все формы материи и энергии были увеличены до невообразимых масштабов, намного больших, чем способны достичь даже наши самые мощные коллайдеры частиц.

Ученые обнаружили, что в такой концепции важную роль играют гравитационные волны — рябь в ткани пространства-времени, порожденная столкновениями между самыми массивными космическими объектами. Обычно они очень слабы и способны подтолкнуть атом на расстояние, меньшее, чем ширина его собственного ядра. (Ранее «Хайтек» писал о том, что гравитация — самая слабая из основных четырех сил). Но в ранней Вселенной волны могли быть намного сильнее, и это могло серьезно повлиять на все процессы и материю.

Впечатление художника от гравитационных волн. Изображение предоставлено Р. Хёртом/Caltech-JPL

«Эти ранние волны плескались бы туда-сюда, усиливаясь от раза к разу, — объясняет Пол Саттер, профессор-исследователь в области астрофизики в Университете Стоуни-Брук SUNY и Институте Флэтайрон в Нью-Йорке, который не участвовал в исследовании. — Все остальное во Вселенной было бы захвачено толчком и притяжением волн, что привело бы к эффекту резонанса. Гравитационные волны действовали бы как насос, снова и снова сбивая материю в плотные комки».

На что способны гравитационные волны?

Гравитационные волны также могут влиять на электромагнитное поле. Поскольку они представляют собой рябь в самом пространстве-времени, волны не ограничиваются взаимодействием с массивными объектами. По мере того, как они продолжают накачиваться, излучение во Вселенной достигает чрезвычайно высоких энергий. Это в итоге вызывает спонтанное появление фотонов: гравитация сама по себе порождает свет.

К чему пришли ученые?

Исследователи обнаружили, что в целом этот процесс довольно неэффективен. Ранняя Вселенная расширялась, поэтому стандартные модели гравитационных волн не могли существовать долго. Тем не менее, физики заявили: если бы ранняя Вселенная содержала достаточно материи, чтобы скорость света уменьшилась (так же, как свет движется медленнее в воздухе или воде), волны задерживались бы достаточно долго, чтобы генерировать потоки дополнительных фотонов.

Почему новое исследование так важно?

Физики еще не до конца понимают сложную, запутанную физику космического рассвета. Однако если теория ученых верна, то свет, созданный гравитацией, предположительно, будет влиять на формирование материи и эволюцию Вселенной. Именно поэтому изучение всех последствий этого удивительного процесса приведет к революции в нашем понимании самых ранних моментов нашего мира.

Читать далее:

Появилась фото внутри второй самой глубокой подводной воронки в мире

Посмотрите, что произошло с Меркурием, когда он максимально приблизился к Солнцу

Ученые готовы признать новое дерево самым старым в мире

На обложке: впечатление этого художника показывает две галактики в ранней Вселенной. Яркий взрыв слева — гамма-всплеск
Автор: ESO/L. Calçada

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Boston Dynamics усовершенствовала систему восприятия гуманоидного робота Atlas
Новости
Наклейка на лоб анализирует мозговые волны и предсказывает переутомление
Наука
Посмотрите на робота-трансформера, который меняет форму прямо в полете
Новости
Китай отправил миссию за образцами горных пород с квазиспутника Земли
Космос
ИИ научился предсказывать успеваемость студентов по данным профиля в VK
Новости
Странная звезда Млечного Пути пульсирует каждые 44 минуты и это не объяснить
Космос
Этот OLED-экран сам издает звук: каждый пиксель работает как динамик
Новости
Посмотрите, как на Солнце идет дождь: астрономы увидели это впервые
Космос
Одно из главных доказательств Большого взрыва поставили под сомнение 
Космос
Университетский техпред — новый элемент высшего образования: студенты становятся предпринимателями
Наука
Илон Маск намекнул, почему ушел из администрации Трампа на самом деле
Новости
Илон Маск и Павел Дуров публично спорят из-за соглашения между Telegram и Grok
Новости
В мозге нашли нервные клетки, которые регулируют набор веса
Наука
Электросамолеты смогут летать дальше: MIT представил мощные топливные элементы
Наука
Anthropic открыла доступ к поиску для пользователей чат-бота с ИИ Claude
Новости
Противораковые препараты на треть увеличили срок жизни мышей
Наука
В Китае придумали, как решить проблему опасных вибраций в маглеве
Новости
Роботизированные комплексы для обучения студентов внедрят в российские вузы
Иннополис
Дуров договорился с xAI Маска продвигать ИИ Grok в Telegram
Новости
Камни для крокодилов и контроль качества альтушек: четвертый «ТехПредКлуб» прошел в Томске
Новости