Jaki jest związek między fizyką cząstek a kosmologią?

Istnieje intymna zależność między dziedzinami fizyki cząstek i kosmologii, z których przykładem jest długa linia fizyków pracujących jednocześnie: Albert Einstein, Stephen Hawking, Kip Thorne i wielu innych. Kosmologia jest badaniem wszechświata i jego struktury, podczas gdy fizyka cząstek jest badaniem podstawowych cząstek, takich jak kwarki i fotony, najmniejsze znane obiekty. Chociaż początkowo mogą wydawać się tak niepowiązane, jak wszystko, kosmologia i fizyka cząstek są w rzeczywistości ściśle powiązane.

W przeciwieństwie do złożonych systemów na Ziemi, które wiele opisano przy wyjaśnieniach wyższego poziomu, a nie właściwości wynikające z najniższych poziomów, fenomen międzygalaktycznych i kosmologicznych są stosunkowo prostsze. Na przykład w rozległych odległości przestrzeni tylko jedna z czterech sił natury ma jakikolwiek prawdziwy wpływ: grawitację. Chociaż gwiazdy i galaktyki są bardzo daleko i wiele razy większe od nas, mamy niezwykle dokładne pICTURE O tym, jak działają, pochodzące z podstawowych praw fizycznych, które kierują ich cząsteczkami składowymi.

Domena kosmologii najbardziej ściśle związana z fizyką cząstek to badanie Wielkiego Wybuchu, gigantyczna eksplozja, która stworzyła całą sprawę we wszechświecie i czasoprzestrzeni, którego składa się sam wszechświat. Wielki Wybuch zaczął się jako punkt gęstości bliskiej nieskończonej i zerowej objętości: osobliwość. Następnie szybko rozszerzył się na wielkość jądra atomowego, w którym wchodzi fizyka cząstek. Aby zrozumieć, w jaki sposób najwcześniejsze momenty Wielkiego Wybuchu wpłynęły na wszechświat, musimy użyć tego, co wiemy o fizyce cząstek, aby stworzyć prawdopodobne modele kosmologiczne.

Jedną z motywacji do tworzenia coraz mocniejszych akceleratorów cząstek jest przeprowadzenie eksperymentów, które symulują okoliczności fizyczne jak najwcześniej w HistoRy of the Universe, kiedy wszystko było bardzo kompaktowe i gorące. Kosmolodzy muszą być dobrze zorientowani w fizyce cząstek, aby wnieść znaczący wkład w teren.

Kolejnym kluczem do zrozumienia związku między fizyką cząstek a kosmologią jest spojrzenie na badanie czarnych otworów. Fizyczne właściwości czarnych otworów są istotne dla długoterminowej przyszłości kosmosu. Czarne otwory to zawalone gwiazdy o tak ogromnej grawitacji, że nawet światło nie może uciec od ich uścisku. Przez pewien czas uważano, że czarne dziury nie emitowały promieniowania i byłyby wieczne, paradoks dla fizyków. Ale Stephen Hawking teoretyzował, w oparciu o spostrzeżenia z fizyki cząstek, że czarne dziury rzeczywiście emitują promieniowanie, które następnie nazwano promieniowaniem Hawking.

Fizyka cząstek jest również bardzo istotna w badaniach ciemnej materii, niewidzialnej materii, której istnienie jest znane ze względu na jej wpływ grawitacyjny na materię widzialną i ciemną energię, tajemnicze dlaCe, który przenika wszechświat i powoduje przyspieszenie jego ekspansji. Są to główne pytania we współczesnej kosmologii.