素粒子物理学と宇宙論との関係は何ですか？

素粒子物理学と宇宙論の分野には密接な関係があり、アルバート・アインシュタイン、スティーブン・ホーキング、キップ・ソーン、その他多くの物理学者が同時に働いています。 宇宙論は宇宙とその構造の研究であるのに対し、素粒子物理学はクォークや光子などの最も知られている最小のオブジェクトの基本的な粒子の研究です。 最初は、何でもできるように接続されていないように見えるかもしれませんが、実際には宇宙論と素粒子物理学は密接に関連しています。

地球上の複雑なシステムは、最も低いレベルから出現する特性ではなく、より高いレベルの説明を使用して記述されることが多いのとは異なり、銀河間および宇宙論的現象は比較的単純です。 たとえば、宇宙の広大な距離では、自然の4つの力のうち、重力だけが影響を及ぼします。 星や銀河は非常に遠く、私たちよりも何倍も大きいですが、構成粒子を導く基本的な物理法則から導き出された、それらがどのように機能するかについて非常に正確な画像を持っています。

素粒子物理学に最も密接に関連する宇宙論の領域は、ビッグバン、宇宙のすべての物質を作り出した巨大な爆発、および宇宙自体が構成されている時空の研究です。 ビッグバンは、密度がほぼ無限で体積がゼロの点、つまり特異点として始まりました。 その後、原子核のサイズまで急速に拡大し、そこで粒子物理学が働き始めます。 ビッグバンの初期の瞬間が現在のように宇宙にどのように影響したかを理解するには、粒子物理学について知っていることを使用して、もっともらしい宇宙論モデルを作成する必要があります。

より強力な粒子加速器を作成する動機の1つは、すべてが非常にコンパクトで熱かった宇宙の歴史のできるだけ早い段階で物理的状況をシミュレートする実験を行うことです。 宇宙論者は、この分野に大きく貢献するために素粒子物理学に精通していなければなりません。

素粒子物理学と宇宙論の関係を理解するもう1つの鍵は、ブラックホールの研究を調べることです。 ブラックホールの物理的性質は、宇宙の長期的な将来に関連しています。 ブラックホールは、光さえ手に入れることができないほどの巨大な重力を持つ崩壊した星です。 しばらくの間、ブラックホールは放射線を放出せず、物理学者にとっては矛盾であり、永遠であったと考えられていました。 しかし、スティーブン・ホーキングは、素粒子物理学からの洞察に基づいて、ブラックホールは実際に放射線を放出し、その後ホーキング放射線と呼ばれると理論付けました。

素粒子物理学は、暗黒物質、可視物質への重力の影響で存在が知られている不可視物質、および宇宙に浸透して膨張を加速させる不思議な力である暗黒エネルギーの調査にも非常に重要です。 これらは現代の宇宙論の中心的な問題です。