Hva er forholdet mellom partikkelfysikk og kosmologi?

Det er et intimt forhold mellom felt av partikkelfysikk og kosmologi, som ble eksemplifisert av en lang rekke fysikere som jobber i begge samtidig: Albert Einstein, Stephen Hawking, Kip Thorne og mange andre. Kosmologi er studiet av universet og dets struktur, mens partikkelfysikk er studiet av grunnleggende partikler som kvarker og fotoner, de minste kjente objektene. Selv om de til å begynne med kan virke like ikke-koblet som noe som kan være, er kosmologi og partikkelfysikk faktisk nært knyttet sammen.

I motsetning til de komplekse systemene på jorden, som mye beskrives ved hjelp av forklaringer på høyere nivå i stedet for egenskaper som kommer fra de laveste nivåene, er intergalaktiske og kosmologiske fenomener sammenhengende. For eksempel, i de store avstandene i rommet, har bare en av de fire naturkreftene noen reell innflytelse: tyngdekraft. Selv om stjerner og galakser er veldig langt borte og mange ganger større enn oss selv, har vi en bemerkelsesverdig nøyaktig PIcture av hvordan de fungerer, avledet fra grunnleggende fysiske lover som leder deres bestanddeler.

Kosmologiens domene som er mest koblet til partikkelfysikk er studiet av Big Bang, den gigantiske eksplosjonen som skapte all saken i universet og romtiden som universet i seg selv er sammensatt av. The Big Bang startet som et punkt med nesten uendelig tetthet og null volum: en singularitet. Deretter utvidet den seg raskt til størrelsen på en atomkjerne, og det er her partikkelfysikk kommer i spill. For å forstå hvordan de tidligste øyeblikkene i Big Bang påvirket universet slik det er i dag, må vi bruke det vi vet om partikkelfysikk for å lage plausible kosmologiske modeller.

En av motivasjonene for å skape stadig kraftigere partikkelakseleratorer er å utføre eksperimenter som simulerer de fysiske omstendighetene så tidlig som mulig i HISTORy of the Universe, da alt var veldig kompakt og varmt. Kosmologer må være godt kjent med partikkelfysikk for å gi betydelige bidrag til feltet.

En annen nøkkel til å forstå forholdet mellom partikkelfysikk og kosmologi er å se på studiet av sorte hull. De fysiske egenskapene til sorte hull er relevante for kosmosens langsiktige fremtid. Svarte hull er kollapsede stjerner med så enorm tyngdekraft at ikke engang lys kan slippe unna deres grep. En stund trodde man at sorte hull ikke avga noen stråling, og ville vært evig, et paradoks for fysikere. Men Stephen Hawking teoretiserte, basert på innsikt fra partikkelfysikk, at sorte hull faktisk avgir stråling, som deretter ble kalt Hawking Radiation.

Partikkelfysikk er også svært relevant i undersøkelser av mørk materie, usynlig materie hvis eksistens er kjent på grunn av dens gravitasjonsinnflytelse på synlig materiale, og mørk energi, en mystisk forCE som gjennomsyrer universet og får utvidelsen til å akselerere. Dette er sentrale spørsmål i moderne kosmologi.