Quelle est la relation entre la physique des particules et la cosmologie?

Il existe une relation intime entre les champs de physique des particules et de cosmologie, qui ont été illustrés par une longue lignée de physiciens travaillant à la fois à la fois: Albert Einstein, Stephen Hawking, Kip Thorne et bien d'autres.La cosmologie est l'étude de l'univers et de sa structure, tandis que la physique des particules est l'étude de particules fondamentales telles que les quarks et les photons, les plus petits objets connus.Bien qu'au début, ils peuvent sembler aussi non connectés que tout peut l'être, la cosmologie et la physique des particules sont en fait étroitement liées.

Contrairement aux systèmes complexes sur Terre, qui sont beaucoup décrits en utilisant des explications de niveau supérieur plutôt que des propriétés émergeant des niveaux les plus bas,Les phénomènes intergalactiques et cosmologiques sont relativement plus simples.Par exemple, dans les vastes distances de l'espace, une seule des quatre forces de la nature a une réelle influence: la gravité.Bien que les étoiles et les galaxies soient très loin et plusieurs fois plus grandes que nous, nous avons une image remarquablement précise de la façon dont elles fonctionnent, dérivée des lois physiques fondamentales qui dirigent leurs particules constituantes.

Le domaine de la cosmologie le plus étroitement lié à la physique des particules estL'étude du Big Bang, la gigantesque explosion qui a créé toute la question dans l'univers et l'espace-temps dont l'univers lui-même est composé.Le Big Bang a commencé comme un point de densité quasi infini et de volume zéro: une singularité.Ensuite, il s'est rapidement étendu à la taille d'un noyau atomique, où la physique des particules entre en jeu.Pour comprendre comment les premiers moments du Big Bang ont influencé l'univers tel quel aujourd'hui, nous devons utiliser ce que nous savons de la physique des particules pour créer des modèles cosmologiques plausibles.

L'une des motivations pour créer des accélérateurs de particules toujours plus puissants est de mener des expériencesqui simulent les circonstances physiques le plus tôt possible dans l'histoire de l'univers, alors que tout était très compact et chaud.Les cosmologues doivent être bien versés dans la physique des particules afin d'apporter des contributions significatives au domaine.

Une autre clé pour comprendre la relation entre la physique des particules et la cosmologie est de regarder l'étude des trous noirs.Les propriétés physiques des trous noirs sont pertinentes pour l'avenir à long terme du cosmos.Les trous noirs sont des étoiles effondrées avec une gravité si immense que même la lumière ne peut pas échapper à leur portée.Pendant un certain temps, on pensait que les trous noirs n'émettaient aucun rayonnement, et auraient été éternels, un paradoxe aux physiciens.Mais Stephen Hawking a théorisé, basé sur des idées de la physique des particules, que les trous noirs émettent en effet des rayonnements, qui a ensuite été surnommé le rayonnement de colportInfluence gravitationnelle sur la matière visible et l'énergie sombre, une force mystérieuse qui imprègne l'univers et fait accélérer son expansion.Ce sont des questions centrales dans la cosmologie moderne.