У првом тренутку свемира, све је било вруће и густо и у савршеној је равнотежи. Није било ниједне честице као што смо их разумели, још мање звезда или чак вакуума који данас прожима простор. Читав простор био је испуњен хомогеним, безобличним, компресованим стварима.
Тада је нешто исклизнуло. Сва та монотона стабилност постала је нестабилна. Материја је победила над својим чудним рођаком, антиматеријом и доминирала читавим простором. Облаци те материје су се формирали и срушили у звезде, које су се организовале у галаксије. Све што знамо о њему почело је постојати.
Па, шта се догодило да избаци свемир из свог безобличног стања?
Научници још увек нису сигурни. Али истраживачи су смислили нови начин да у лабораторији моделирају врсту оштећења која би могла изазвати велику неуравнотеженост раног свемира. У новом раду, објављеном данас (16. јануара) у часопису Натуре Цоммуницатионс, научници су показали да могу помоћу супер охлађеног хелијума да моделирају оне прве тренутке постојања - тачније како би поново створили један могући скуп услова који су можда постојали управо после Великог праска.
То је важно зато што је универзум препун балансирајућих аката које физичари називају "симетријама".
Неколико главних примера: Физичке једнаџбе делују на исти начин и напред и назад у времену. У свемиру има само довољно позитивно набијених честица које могу отказати све негативно наелектрисане честице.
Али понекад се симетрије покидају. Савршена сфера избалансирана на врху игле пада на овај или онај начин. Две идентичне стране магнета раздвајају се на северни и јужни пол. Материја побјеђује над антиматеријом у раном свемиру. Специфичне темељне честице се појављују из безобличности раног универзума и међусобно делују помоћу дискретних сила.
"Ако узмемо постојање Великог праска, свемир је несумњиво претрпео неке транзиције које пробијају симетрију", рекао је Јере Макинен, водећи аутор студије и докторски студент на Аалто универзитету у Финској, за Ливе Сциенце.
Требате доказ? Све је око нас. Сваки стол и столица, галаксија и патуљасти платиш доказ су да је нешто преокренуло рани свемир из његовог раног, равног стања и његове тренутне сложености. Овде смо уместо да будемо потенцијали у једноличној празнини. Дакле, нешто је покварило ту симетрију.
Физичари називају неке случајне флуктуације које ломе симетрију "тополошким дефектима".
У суштини, тополошка оштећења су места где нешто иде неугодно у иначе уједначеном пољу. Одједном се појави поремећај. То се може догодити због спољних сметњи, као у лабораторијском експерименту. Или се може догодити насумично и тајанствено, као што научници сумњају да се десило у раном свемиру. Једном када се формира тополошки дефект, он може седети усред једноличног поља, попут громаде који ствара пукотине у глатком току.
Неки истраживачи верују да су посебне врсте тополошких недостатака у безобличним стварима раног универзума можда играле улогу у тим првим прелазима који пробијају симетрију. Те мане су могле да обухватају структуре назване "полуквантни вртлози" (обрасци енергије и материје који помало личе на вртложне базене) и "зидови омеђени жицама" (магнетне структуре направљене од дводимензионалних зидова које су обе стране омеђене са два једнострука димензионалне "жице"). Те спонтано настајуће структуре утичу на ток материје у иначе симетричним системима, а неки истраживачи сумњају да су те структуре играле улогу у зближавању свемира у звезде и галаксије које данас видимо.
Истраживачи су претходно створили ове врсте оштећења у магнетним пољима прехлађених гасова и суправодича у њиховим лабораторијама. Али недостаци су се појављивали појединачно. Већина теорија које користе тополошке недостатке за објашњење порекла модерног универзума укључују "композитне" недостатке, рекао је Макинен - више од једног дефекта који раде заједно.
Макинен и његови коаутори дизајнирали су експеримент који је укључивао течни хелијум, охлађен на фракције степена изнад апсолутне нуле и стиснут у сићушне коморе. У тами тих малих кутија појавио се полуквантични вртлог у прехлађеном хелијуму.
Затим су истраживачи променили услове хелијума, проузрокујући да прође кроз низ фазних прелаза између две различите врсте супер течности, или течности без вискозитета. Ово су фазни прелази слични води претварајући се од круте твари у течност или гас, али под много екстремнијим условима.
Фазни прелази узрокују кршење симетрије. На пример, течна вода је пуна молекула који се могу орјентисати у различитим правцима. Али ту воду замрзните, а молекули се у одређеним положајима закључају на свом месту. Слични прекиди симетрије се дешавају са прелазима фазе супер течне фазе у експериментима.
Ипак, након што је супер течни хелијум прошао фазне прелазе, вртлози су остали - заштићени зидовима омеђеним струнама. Заједно, вртлози и зидови формирали су композитне тополошке недостатке и преживели фазне прелазе симетрије који пробијају. На тај начин, написали су истраживачи у раду, ти су предмети огледали недостатке за које неке теорије сугерирају да су формиране у раном свемиру.
Да ли то значи да су Макинен и његови коаутори схватили како се симетрија распала у раном свемиру? Апсолутно не. Њихов модел показао је само да се одређени аспекти „великих обједињених теорија“ о томе како је рани универзум попримио свој облик могу копирати у лабораторији - конкретно, делове оних теорија које укључују тополошке недостатке. Физичари нијесу добро прихватили ниједну од тих теорија, а ово би све могло бити велика теоријска слијепа улица.
Али Макинен-ово дело отвара врата за још експеримената у истраживању како би ове врсте недостатака могле да делују на обликовање тренутака након Великог праска. А ове студије научницима дефинитивно подучавају нешто ново у квантном царству, рекао је он. Остаје отворено питање: Да ли ће физичари икада до краја повезати те детаље о сићушном квантном свету са понашањем читавог универзума?
