우주의 첫 순간에 모든 것이 뜨겁고 조밀했으며 완벽한 균형을 유지했습니다. 우리가 이해하는 입자는 없었으며 오늘날 우주에 스며드는 별이나 진공도 훨씬 적습니다. 전체 공간은 균질하고 형태가없고 압축 된 것들로 가득 차있었습니다.
그런 다음 무언가가 미끄러졌습니다. 단조로운 안정성은 모두 불안정 해졌습니다. 물질은 이상한 사촌, 반물질을 이기고 전체 공간을 지배하게되었습니다. 그 물질의 구름이 형성되어 별들로 붕괴되어 은하계로 조직되었습니다. 우리가 아는 모든 것이 존재하기 시작했습니다.
그러면 우주를 형태없는 상태에서 벗어나게 된 계기는 무엇입니까?
과학자들은 여전히 확실하지 않습니다. 그러나 연구자들은 실험실에서 초기 우주의 큰 불균형을 초래할 수있는 종류의 결함을 모델링하는 새로운 방법을 알아 냈습니다. 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications) 저널에 오늘 발표 된 새로운 논문 (1 월 16 일)에서, 과학자들은 초 냉각 헬륨을 사용하여 첫 존재 순간을 모델링 할 수 있으며, 특히 존재했을 가능성이있는 하나의 조건을 재현 할 수 있다고 밝혔다. 빅뱅 후.
우주는 물리학 자들이 "기호"라고 부르는 균형 잡힌 행동으로 가득 차 있기 때문에 중요합니다.
몇 가지 주요 예 : 물리 방정식은 앞뒤로 동일한 방식으로 작동합니다. 유니버스에는 양으로 하전 된 입자를 모두 제거하기에 양으로 하전 된 입자 만 있습니다.
그러나 때로는 대칭이 깨집니다. 바늘 끝에 균형이 잡힌 완벽한 구는 어느 한 방향으로 떨어집니다. 자석의 두 개의 동일한면이 북극과 남극으로 분리됩니다. 물질은 초기 우주에서 반물질을 극복합니다. 특정 기본 입자는 초기 우주의 형태가없는 것으로 나타나고 별개의 힘을 통해 서로 상호 작용합니다.
"우리가 주어진대로 빅뱅의 존재를 취한다면, 우주는 의심 할 여지없이 대칭을 넘어선 변화를 겪고있다"고 핀란드의 알토 대학 (Aalto University)의 연구 책임자 인 제레 매키 넨 (Jere Mäkinen)은 Live Science에 말했다.
증거가 필요하십니까? 우리 주변에 있습니다. 모든 테이블과 의자, 은하와 오리로 싸인 오리너구리는 초기 우주가 초기의 평평한 상태에서 현재의 복잡한 상태로 밀려났다는 증거입니다. 우리는 획일적 인 공허의 가능성 대신에 여기 있습니다. 그래서 그 대칭성이 깨졌습니다.
물리학자는 대칭을 깨뜨리는 임의의 변동을 "토폴로지 결함"이라고 부릅니다.
본질적으로, 위상 결함은 균일하지 않은 분야에서 무언가가 불안정한 지점입니다. 한 번에 중단이 발생합니다. 이는 실험실 실험과 같이 외부 간섭으로 인해 발생할 수 있습니다. 또는 과학자들이 초기 우주에서 일어난 것으로 의심되는 것처럼 무작위로 신비하게 발생할 수 있습니다. 토 폴리 컬 결함이 형성되면, 매끄러운 흐름에서 잔물결을 만드는 볼더처럼 균일 한 필드의 중앙에 앉을 수 있습니다.
일부 연구자들은 초기 우주의 형태가없는 물질에서 특정 종류의 위상 결함이 그 첫 번째 대칭 파괴 전이에서 역할을했다고 믿고 있습니다. 이러한 결함에는 "반양자 소용돌이 (half-quantum vortices)"(에너지와 소용돌이 패턴처럼 보이는 물질의 패턴)와 "줄로 묶인 벽"(두 개의 벽으로 묶인 2 차원 벽으로 이루어진 자기 구조)이라는 구조가 포함되었을 수 있습니다. 차원 "문자열"). 자발적으로 떠오르는 구조는 다른 대칭 시스템에서 물질의 흐름에 영향을 미치며 일부 연구자들은이 구조가 오늘날 우리가 보는 별과 은하로 우주를 묶는 데 역할을했다고 의심합니다.
연구원들은 이전에 실험실에서 과냉각 가스와 초전도체의 자기장에서 이러한 종류의 결함을 만들었습니다. 그러나 결함은 개별적으로 나타났다. 현대 우주의 기원을 설명하기 위해 토폴로지 결함을 사용하는 대부분의 이론은 "복합"결함을 포함한다고 Mäkinen은 말했다.
Mäkinen과 그의 공동 저자는 액체 헬륨이 절대 영도 이상으로 냉각되어 작은 챔버로 압착되는 실험을 설계했습니다. 작은 상자의 어둠 속에서 과냉각 헬륨에서 반 양자 소용돌이가 나타났습니다.
그런 다음 연구자들은 헬륨의 상태를 변경하여 두 가지 종류의 초 유체 또는 점도가없는 유체 사이에서 일련의 상 전이를 거치게했습니다. 이것들은 고체에서 액체 또는 기체로 변하는 물과 유사하지만 훨씬 더 극단적 인 조건에서 상 전이입니다.
위상 전이로 인해 대칭이 깨집니다. 예를 들어, 액체 물은 많은 다른 방향으로 향할 수있는 분자들로 가득합니다. 그러나 물을 얼리면 분자가 특정 위치에 고정됩니다. 실험에서 초 유체 상 전이에 대해서도 유사한 대칭 파괴가 발생합니다.
아직도, 초 유체 헬륨이 상 전이를 거친 후에도, 소용돌이는 끈으로 둘러싸인 벽으로 보호되어 남아있었습니다. 와류와 벽은 복합적인 위상 결함을 형성하고 대칭 파괴 위상 전이에서 살아 남았다. 그런 식으로 연구자들은 논문에서이 물체들이 초기 우주에서 형성된 일부 이론들이 제시 한 결함을 반영한다고 썼다.
이것은 Mäkinen과 그의 공동 저자가 초기 우주에서 어떻게 대칭이 깨 졌는지를 알아 냈는가? 절대적으로하지. 그들의 모형은 초기 우주가 어떻게 형성되었는지에 대한 "대 통일 이론"의 특정 측면이 실험실에서, 특히 위상 결함과 관련된 이론의 일부에서 복제 될 수 있음을 보여 주었다. 물리학 자들은 이러한 이론 중 어느 것도 널리 받아 들여지지 않으며, 이는 모두 이론적으로 막 다른 골목이 될 수 있습니다.
그러나 Mäkinen의 연구는 이러한 종류의 결함이 빅뱅 이후 순간을 형성하는 데 어떻게 작용했는지 조사하기 위해 더 많은 실험의 문을 열어줍니다. 그리고이 연구는 과학자들에게 양자 영역에 관한 새로운 것을 분명히 가르쳤다 고 그는 말했다. 물리학 자들은 작은 양자 세계에 대한 이러한 세부 사항들을 우주 전체의 행동과 결정적으로 연결시킬 것인가?
