Parçacık Fiziği ve Kozmoloji Arasındaki İlişki Nedir?

Her ikisi de aynı anda çalışan uzun bir fizikçi grubu tarafından örneklenen parçacık fiziği ve kozmoloji alanları arasında yakın bir ilişki vardır: Albert Einstein, Stephen Hawking, Kip Thorne ve diğerleri. Kozmoloji, evrenin ve onun yapısının incelenmesidir, oysa ki parçacık fiziği, bilinen en küçük nesneler olan kuarklar ve fotonlar gibi temel parçacıkların incelenmesidir. İlk başta her şeyin olabileceği gibi birbiriyle bağlantısı olmasa da, kozmoloji ve parçacık fiziği aslında yakından bağlantılıdır.

Dünyadaki karmaşık sistemlerin aksine, en düşük seviyelerden ortaya çıkan özellikler yerine daha üst düzey açıklamalar kullanılarak tarif edilen intergalaktik ve kozmolojik olaylar nispeten daha basittir. Örneğin, uzayın engin mesafelerinde, doğanın dört kuvvetinden sadece birinin gerçek bir etkisi vardır: yerçekimi. Her ne kadar yıldızlar ve galaksiler kendimizden çok uzakta ve çoğu zaman daha büyük olsalar da, nasıl kurulduklarını, kurucu parçacıklarını yönlendiren temel fiziksel yasalardan türetilmiş bir biçimde doğru resimlerimiz var.

Parçacık fiziğine en yakın olan kozmoloji alanı, evrendeki tüm maddeyi ve evrenin kendisinin oluştuğu boşluğu yaratan devasa patlama olan Büyük Patlama'nın incelemesidir. Büyük Patlama neredeyse sonsuz yoğunluk ve sıfır hacim noktası olarak başladı: tekillik. Sonra hızlı bir şekilde parçacık fiziğinin devreye girdiği atom çekirdeğinin boyutuna genişledi. Büyük Patlama'nın ilk anlarının evreni bugün olduğu gibi nasıl etkilediğini anlamak için, parçacık kozmetiği hakkında bildiklerimizi makul kozmolojik modeller oluşturmak için kullanmalıyız.

Daha güçlü parçacık hızlandırıcıları yaratma motivasyonlarından biri, evrenin tarihinde, her şeyin çok küçük ve sıcak olduğu fiziksel koşulları mümkün olduğunca erken simüle eden deneyler yapmaktır. Kozmologlar, alana fiziki katkılarda bulunmak için parçacık fiziğinde iyi bilgilendirilmelidir.

Parçacık fiziği ve kozmoloji arasındaki ilişkiyi anlamanın bir başka anahtarı da kara delikler araştırmasına bakmaktır. Kara deliklerin fiziksel özellikleri, kozmosun uzun vadeli geleceği ile ilgilidir. Kara delikler, yıldızların bile kavramalarından kaçamayacakları kadar büyük yerçekimi ile çöktü. Bir süredir kara deliklerin radyasyon yaymadığı ve ebedi olacağı, fizikçiler için bir paradoks olacağı düşünülüyordu. Ancak Stephen Hawking, parçacık fiziğinden gelen içgörülere dayanarak, kara deliklerin aslında Hawking radyasyonu olarak adlandırılan radyasyon yaydığı teorisini verdi.

Parçacık fiziği aynı zamanda karanlık madde, görünür madde üzerindeki yerçekimi etkisinden dolayı varlığını bildiği görünmez madde ve evreni düzenleyen ve genişlemesinin hızlanmasına neden olan gizemli bir güç olan karanlık enerjinin araştırılmasıyla da yakından ilgilidir. Bunlar modern kozmolojideki merkezi sorulardır.