Hva er forholdet mellom partikkelfysikk og kosmologi?

March 20  by Eliza

Det er et intimt forhold mellom feltene partikkelfysikk og kosmologi, som er eksemplifisert ved en lang rekke av fysikere som arbeider 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 fundamentale partikler som kvarker og fotoner, de minste kjente stedene. Selv om først de kan virke som usammenhengende som noe kan være, kosmologi og partikkelfysikk er faktisk nært knyttet.

I motsetning til de komplekse systemer på Jorden, som mye beskrives ved hjelp av høyere nivå forklaringer fremfor egenskaper dukker opp fra de laveste nivåene, intergalaktiske og kosmologiske fenomener er relativt enklere. For eksempel, i de enorme avstandene plass, bare ett av de fire naturkreftene har noen reell innflytelse: tyngdekraften. Selv om stjerner og galakser er veldig langt unna, og mange ganger større enn oss selv, har vi en bemerkelsesverdig nøyaktig bilde av hvordan de fungerer, avledet fra grunnleggende fysiske lover som direkte beskaffenhet partikler.

Domenet til kosmologi som har nærmest tilknytning til partikkelfysikk er studiet av Big Bang, den gigantiske eksplosjonen som skapte all materie i universet og rom og tid som universet selv er sammensatt. The Big Bang startet som et poeng av nesten uendelig tetthet og null volum: en singularitet. Da det raskt utvidet til størrelsen av en atomkjerne, som er der partikkel fysikk kommer inn i bildet. For å forstå hvordan de tidligste øyeblikkene av Big Bang påvirket universet som det er i dag, må vi bruke det vi vet om partikkelfysikk å skape troverdige kosmologiske modeller.

En av motivasjonene for å skape stadig kraftigere partikkelakseleratorer er å utføre eksperimenter som simulerer de fysiske forholdene så tidlig som mulig i universets historie, da alt var veldig kompakt og varm. Kosmologer må være godt bevandret i partikkelfysikk for å gjøre 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 den langsiktige fremtid av kosmos. Sorte hull er kollapset stjerner med en slik enorm gravitasjon at ikke engang lys kan unnslippe deres forståelse. For en stund, ble det antatt at sorte hull slippes ingen stråling, og ville ha vært evig, et paradoks for fysikere. Men Stephen Hawking teoretisert, basert på innsikt fra partikkelfysikk, at svarte hull gjør faktisk avgir stråling, som deretter ble kalt Hawking stråling.

Partikkelfysikk er også svært relevant i undersøkelser av mørk materie, usynlig materie hvis eksistens er kjent på grunn av dens gravitasjons innflytelse på synlig materie og mørk energi, en mystisk kraft som gjennomsyrer universet og fører sin utvidelse til å akselerere. Dette er sentrale spørsmål i moderne kosmologi.

  • Stephen Hawking teori om at sorte hull ikke avgir stråling.
  • The Big Bang Theory lenker fysikk og kosmologi.