Hvad er forholdet mellem partikelfysik og kosmologi?

Der er et intimt forhold mellem felterne inden for partikelfysik og kosmologi, som er blevet eksemplificeret af en lang række fysikere, der arbejder i både samtidig: Albert Einstein, Stephen Hawking, Kip Thorne og mange andre.Kosmologi er studiet af universet og dets struktur, hvorimod partikelfysik er studiet af grundlæggende partikler såsom kvarker og fotoner, de mindste kendte genstande.Selvom de i første omgang kan virke så uforbundne som alt, hvad der kan være, er kosmologi og partikelfysik faktisk tæt knyttet.

I modsætning til de komplekse systemer på jorden, som meget beskrives ved hjælp af forklaringer på højere niveau snarere end egenskaber, der fremgår af de laveste niveauer,Intergalaktiske og kosmologiske fænomener er relativt enklere.I de store rumafstande er det kun en af de fire naturkræfter, der har nogen reel indflydelse: tyngdekraften.Selvom stjerner og galakser er meget langt væk og mange gange større end os selv, har vi et bemærkelsesværdigt nøjagtigt billede af, hvordan de fungerer, afledt af grundlæggende fysiske love, der dirigerer deres bestanddele.Undersøgelsen af Big Bang, den gigantiske eksplosion, der skabte alt sagen i universet og den rumtid, som universet selv er sammensat af.Big Bang startede som et punkt med næsten uendelig densitet og nulvolumen: en singularitet.Derefter udvidede den hurtigt til størrelsen på en atomkerne, hvor partikelfysik kommer i spil.For at forstå, hvordan de tidligste øjeblikke af Big Bang påvirkede universet, som det er i dag, må vi bruge det, vi ved om partikelfysik for at skabe plausible kosmologiske modeller.

En af motivationerne til at skabe stadig mere kraftfulde partikelacceleratorer er at udføre eksperimenterder simulerer de fysiske omstændigheder så tidligt som muligt i universets historie, når alt var meget kompakt og varmt.Kosmologer skal være velbevandrede i partikelfysik for at yde betydelige bidrag til området.

En anden nøgle til at forstå forholdet mellem partikelfysik og kosmologi er at se på studiet af sorte huller.De fysiske egenskaber ved sorte huller er relevante for kosmos langsigtede fremtid.Sorte huller er sammenbrudte stjerner med så enorm tyngdekraft, at ikke engang lys kan undslippe deres greb.I et stykke tid troede man, at sorte huller ikke udsendte stråling og ville have været evig, et paradoks for fysikere.Men Stephen Hawking teoretiserede, baseret på indsigt fra partikelfysik, at sorte huller faktisk udsender stråling, som derefter blev kaldt Hawking -stråling.

Partikelfysik er også meget relevant i undersøgelser af mørkt stof, usynlig stof, hvis eksistens er kendt på grund af densGravitationsindflydelse på synligt stof og mørk energi, en mystisk kraft, der gennemsyrer universet og får dets ekspansion til at accelerere.Dette er centrale spørgsmål i moderne kosmologi.