Jaki jest związek między fizyką cząstek a kosmologią?

Istnieje intymna zależność między dziedzinami fizyki cząstek i kosmologii, które były zilustrowane przez długą linię fizyków pracujących jednocześnie: Albert Einstein, Stephen Hawking, Kip Thorne i wielu innych.Kosmologia jest badaniem wszechświata i jego struktury, podczas gdy fizyka cząstek jest badaniem podstawowych cząstek, takich jak kwarki i fotony, najmniejsze znane obiekty.Chociaż początkowo mogą wydawać się tak niepowiązane, jak wszystko, kosmologia i fizyka cząstek są w rzeczywistości ściśle powiązane.

W przeciwieństwie do złożonych systemów na Ziemi, które wiele można opisać przy użyciu wyjaśnień wyższego poziomu, a nie właściwości wyłaniających się z najniższych poziomów,Zjawiska międzygalaktyczne i kosmologiczne są stosunkowo prostsze.Na przykład w rozległych odległości przestrzeni tylko jedna z czterech sił natury ma jakikolwiek prawdziwy wpływ: grawitację.Chociaż gwiazdy i galaktyki są bardzo daleko i wiele razy większe od nas, mamy niezwykle dokładny obraz tego, jak działają, wywodzące się z podstawowych praw fizycznych, które kierują ich cząsteczkami składowymi.

Domena kosmologii najbardziej ściśle związana z fizyką cząstek IS jestStudium Wielkiego Wybuchu, gigantycznej eksplozji, która stworzyła całą sprawę we wszechświecie i czasoprzestrzeni, którego składa się sam wszechświat.Wielki Wybuch zaczął się jako punkt gęstości bliskiej nieskończonej i zerowej objętości: osobliwość.Następnie szybko rozszerzył się na wielkość jądra atomowego, w którym wchodzi fizyka cząstek.Aby zrozumieć, w jaki sposób najwcześniejsze momenty Wielkiego Wybuchu wpłynęły na wszechświat, musimy użyć tego, co wiemy o fizyce cząstek, aby stworzyć prawdopodobne modele kosmologiczne.

Jedną z motywacji do tworzenia coraz mocniejszych akceleratorów cząstek jest przeprowadzenie eksperymentówktóre symulują okoliczności fizyczne jak najwcześniej w historii wszechświata, kiedy wszystko było bardzo zwarte i gorące.Kosmolodzy muszą być dobrze zorientowani w fizyce cząstek, aby wnieść znaczący wkład w tę dziedzinę. Kolejnym kluczem do zrozumienia związku między fizyką cząstek a kosmologią jest przyjrzenie się badaniu czarnych otworów.Fizyczne właściwości czarnych otworów są istotne dla długoterminowej przyszłości kosmosu.Czarne otwory to zawalone gwiazdy o tak ogromnej grawitacji, że nawet światło nie może uciec od ich uścisku.Przez pewien czas uważano, że czarne dziury nie emitowały promieniowania i byłyby wieczne, paradoks dla fizyków.Ale Stephen Hawking teoretyzował, w oparciu o spostrzeżenia z fizyki cząstek, że czarne dziury rzeczywiście emitują promieniowanie, które później nazwano promieniowanie jastrzębia.

Fizyka cząstek jest również bardzo istotna w badaniach ciemnej materii, niewidocznej materii, której istnienie jest znane z jej istnienia, których istnienie jest znaneWpływ grawitacyjny na widzialną materię i ciemną energię, tajemniczą siłę, która przenika wszechświat i powoduje przyspieszenie jego ekspansji.To są główne pytania we współczesnej kosmologii.