Vad är förhållandet mellan partikelfysik och kosmologi?

Det finns ett intimt samband mellan områdena partikelfysik och kosmologi, som exemplifierades av en lång rad fysiker som arbetar i båda samtidigt: Albert Einstein, Stephen Hawking, Kip Thorne och många andra.Kosmologi är studien av universum och dess struktur, medan partikelfysik är studien av grundläggande partiklar som kvarkar och fotoner, de minsta kända föremålen.Även om de till en början kan verka så oanslutna som allt kan vara, är kosmologi och partikelfysik faktiskt nära kopplade.

Till skillnad från de komplexa systemen på jorden, som mycket beskrivs med hjälp av högre nivåförklaringar snarare än egenskaper som kommer från de lägsta nivåerna,Intergalaktiska och kosmologiska fenomen är relativt enklare.Till exempel, i de stora avståndet från rymden, har bara en av de fyra naturkrafterna något verkligt inflytande: tyngdkraften.Även om stjärnor och galaxer är mycket långt borta och många gånger större än oss själva, har vi en anmärkningsvärt noggrann bild av hur de fungerar, härrörande från grundläggande fysiska lagar som riktar sina beståndsdelar.Studien av Big Bang, den gigantiska explosionen som skapade hela saken i universum och rymdtiden som universumet är sammansatt.Big Bang började som en punkt med nästan oändlig densitet och nollvolym: en singularitet.Sedan expanderade det snabbt till storleken på en atomkärna, där partikelfysiken spelar in.För att förstå hur de tidigaste stunderna i Big Bang påverkade universum som det är idag, måste vi använda det vi vet om partikelfysik för att skapa rimliga kosmologiska modeller.

En av motivationerna för att skapa allt mer kraftfulla partikelacceleratorer är att genomföra experimentsom simulerar de fysiska omständigheterna så tidigt som möjligt i universums historia, när allt var mycket kompakt och varmt.Kosmologer måste vara välbevandrade i partikelfysik för att ge betydande bidrag till fältet.

En annan nyckel till att förstå förhållandet mellan partikelfysik och kosmologi är att titta på studien av svarta hål.De fysiska egenskaperna hos svarta hål är relevanta för kosmos långsiktiga framtid.Svarta hål är kollapsade stjärnor med så enormt tyngdkraft att inte ens ljus kan undkomma deras grepp.Under ett tag trodde man att svarta hål inte släppte någon strålning och skulle ha varit evig, en paradox för fysiker.Men Stephen Hawking teoretiserade, baserat på insikter från partikelfysik, att svarta hål verkligen avger strålning, som därefter kallades Hawking -strålning.

Partikelfysik är också mycket relevant i undersökningar av mörkt material, osynlig materia vars existens är känd på grund av dessGravitationsinflytande på synligt material och mörk energi, en mystisk kraft som genomsyrar universum och får dess expansion att accelerera.Det här är centrala frågor i modern kosmologi.