Điều gì đã xảy ra trong micro giây đầu tiên sau vụ nổ Big Bang?

Mục lục:

Điều gì đã xảy ra trong micro giây đầu tiên sau vụ nổ Big Bang?
Điều gì đã xảy ra trong micro giây đầu tiên sau vụ nổ Big Bang?
Anonim

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Copenhagen đã tìm ra điều gì đã xảy ra với một loại plasma nhất định - vật chất đầu tiên trong vũ trụ - trong vòng micro giây đầu tiên sau Vụ nổ lớn. Khám phá của họ đã hé mở một phần của câu đố về sự tiến hóa của vũ trụ như chúng ta biết ngày nay: khoa học hiện đại nói rằng khoảng 14 tỷ năm trước, vũ trụ của chúng ta đã chuyển từ trạng thái nóng hơn và đặc hơn nhiều sang trạng thái giãn nở hoàn toàn - một quá trình được gọi là Vụ nổ lớn. Và trong khi chúng ta biết rằng sự giãn nở nhanh chóng này đã sinh ra các hạt, nguyên tử, ngôi sao, thiên hà và sự sống trên hành tinh của chúng ta, thì vẫn chưa rõ chi tiết về cách vũ trụ được sinh ra. Tác phẩm mới, theo các tác giả của nó, làm sáng tỏ những khoảnh khắc đầu tiên về sự tồn tại của vạn vật. Kết quả thu được cho phép các nhà nghiên cứu từng bước khôi phục sự tiến hóa của Vũ trụ sơ khai - với sự trợ giúp của Máy va chạm Hadron Lớn tại CERN, các nhà vật lý đã có thể tái tạo khoảng thời gian nhỏ bé đó trong đó toàn bộ Vũ trụ tương đối nhỏ gọn.

Làm thế nào mà vũ trụ hình thành?

Lý thuyết có cơ sở nhất về nguồn gốc vũ trụ của chúng ta nói rằng nó được sinh ra trong quá trình của Vụ nổ lớn. Các nhà nghiên cứu đưa ra kết luận này bằng cách quan sát các thiên hà - chúng đang di chuyển ra khỏi chúng ta với tốc độ khủng khiếp theo mọi hướng, như thể được điều khiển bởi một lực nổ cổ đại.

Một linh mục người Bỉ tên là Georges Lemaitre lần đầu tiên đề xuất lý thuyết Vụ nổ lớn vào những năm 1920, cho rằng vũ trụ bắt đầu với một nguyên tử duy nhất. Ý tưởng này được phát triển nhờ những quan sát của Edwin Hubble, cũng như khám phá ra bức xạ phông vi sóng vũ trụ vào những năm 1960 (bức xạ di tích hay tiếng vang của Vụ nổ lớn) của Arno Penzias và Robert Wilson.

Image
Image

CMB là bức xạ phông vi sóng giống nhau theo mọi hướng. Có đặc điểm quang phổ của vật đen hoàn toàn ở nhiệt độ ~ 2,7 K.

Các nghiên cứu tiếp theo của các nhà khoa học đã giúp làm rõ tốc độ của Vụ nổ lớn. Đây là những gì National Geographic viết về nó:

“Trong phần nhỏ đầu tiên của giây tồn tại, Vũ trụ rất nhỏ gọn - nhỏ hơn một triệu tỷ tỷ tỷ tỷ kích thước của một nguyên tử. Trong một trạng thái năng lượng dày đặc không thể tưởng tượng được như vậy, người ta tin rằng bốn lực cơ bản - lực hấp dẫn, lực điện từ, và tương tác hạt nhân mạnh và yếu - đã được kết hợp thành một tổng thể duy nhất. Tuy nhiên, chính xác điều này đã xảy ra như thế nào, cũng như cách thức hoạt động của lực hấp dẫn trên quy mô hạ nguyên tử, vẫn còn là một bí ẩn cho đến ngày nay.

Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý rằng theo thời gian và sự nguội lạnh của vật chất trong vũ trụ, các loại hạt đa dạng hơn bắt đầu hình thành, cuối cùng chúng ngưng tụ lại thành các ngôi sao và thiên hà. Đáng chú ý, vào thời điểm vũ trụ già đi một phần tỷ giây, nó đã nguội đi đủ để bốn lực cơ bản tách khỏi nhau, cho phép các hạt cơ bản hình thành.

Image
Image

Nghiên cứu trước đây về vấn đề này đã chứng minh rằng plasma quark-gluon có tồn tại.

Tuy nhiên, nó không đủ nóng trong Vũ trụ, và nhiều hạt được biết đến ngày nay (ví dụ, proton), đơn giản là không có thời gian để hình thành. Sau đó, khi vũ trụ tiếp tục mở rộng, món súp nguyên thủy nóng bỏng này được gọi là plasma quark-gluon tiếp tục nguội đi. Đây là cách chúng ta đến với điều thú vị nhất - gần đây, các nhà nghiên cứu từ CERN làm việc tại Máy va chạm Hadron Lớn đã có thể tái tạo plasma quark-gluon.

Vật chất đầu tiên trong vũ trụ

Vì vậy, bằng plasma quark-gluon, các nhà nghiên cứu có nghĩa là vật chất tồn tại trong micro giây đầu tiên sau vụ nổ Big Bang. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng plasma, bao gồm các hạt quark và gluon, bị tách ra bởi sự giãn nở nóng của vũ trụ, sau đó phần còn lại của hạt quark được biến đổi thành cái gọi là hadron.

Một hadron với ba hạt quark tạo thành một proton, là một phần của hạt nhân nguyên tử. Những lõi này là những khối xây dựng nên Trái đất, chính chúng ta và vũ trụ xung quanh chúng ta.

Như các tác giả của công trình khoa học đã phát hiện ra, plasma quark-gluon (QGP) có mặt trong 0, 000001 giây đầu tiên của Vụ nổ lớn, và sau đó biến mất do sự giãn nở của Vũ trụ. Nhưng với sự giúp đỡ của LHC tại CERN, các nhà nghiên cứu đã có thể tái tạo vật chất đầu tiên này và theo dõi những gì đã xảy ra với nó.

“Máy va chạm va chạm các ion từ plasma với tốc độ cao - gần giống như tốc độ ánh sáng. Điều này cho phép chúng tôi thấy QGP đã phát triển như thế nào từ vật chất của chính nó thành hạt nhân nguyên tử và các khối xây dựng của sự sống,”tác giả chính Yu Zhou nói với Phys.org.

Image
Image

Dải Ngân hà là một trong hàng trăm tỷ dải Ngân hà giống nhau

Trong một thời gian dài, các nhà nghiên cứu nghĩ rằng plasma là một dạng khí, nhưng một phân tích mới đã xác nhận rằng plasma mịn và có kết cấu mềm mịn như nước. Các chi tiết mới cũng đã được chứng minh cho thấy plasma đã thay đổi hình dạng của nó theo thời gian, điều này thật đáng ngạc nhiên và rất khác so với bất kỳ vật chất nào đã biết.

Điều này thật thú vị: Các nhà khoa học biết gì về tuổi và sự giãn nở của vũ trụ?

“Mỗi khám phá là một viên gạch giúp chúng ta tăng cơ hội biết được sự thật về Vụ nổ lớn. Chúng tôi đã mất khoảng 20 năm để tìm ra rằng plasma quark-gluon là chất lỏng trước khi nó biến thành các hạt hadron và các khối xây dựng của sự sống. Do đó, kiến thức mới của chúng tôi về hành vi thay đổi liên tục của plasma là một bước đột phá thực sự”- các tác giả của nghiên cứu viết.

Đề xuất: