ความสัมพันธ์ระหว่างฟิสิกส์อนุภาคและจักรวาลวิทยาคืออะไร?

มีความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างสาขาฟิสิกส์อนุภาคและจักรวาลวิทยาซึ่งได้รับการยกตัวอย่างโดยนักฟิสิกส์แนวยาวที่ทำงานทั้งสองอย่างพร้อมกัน: Albert Einstein, Stephen Hawking, Kip Thorne และอื่น ๆ อีกมากมายจักรวาลคือการศึกษาจักรวาลและโครงสร้างในขณะที่ฟิสิกส์ของอนุภาคเป็นการศึกษาอนุภาคพื้นฐานเช่นควาร์กและโฟตอนวัตถุที่รู้จักกันน้อยที่สุดแม้ว่าในตอนแรกพวกเขาอาจดูเหมือนไม่เชื่อมโยงกันเท่าที่จะทำได้ แต่ในความเป็นจริงแล้วจักรวาลวิทยาและฟิสิกส์ของอนุภาคมีการเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิด

ไม่เหมือนกับระบบที่ซับซ้อนบนโลกซึ่งอธิบายได้มากโดยใช้คำอธิบายระดับสูงกว่าคุณสมบัติที่เกิดขึ้นจากระดับต่ำสุดปรากฏการณ์อวกาศและจักรวาลวิทยานั้นค่อนข้างง่ายกว่าตัวอย่างเช่นในระยะทางที่กว้างใหญ่ของอวกาศมีเพียงหนึ่งในสี่กองกำลังของธรรมชาติที่มีอิทธิพลอย่างแท้จริง: แรงโน้มถ่วงแม้ว่าดาวและกาแลคซีจะอยู่ไกลออกไปและมีขนาดใหญ่กว่าตัวเราหลายครั้ง แต่เรามีภาพที่แม่นยำอย่างน่าทึ่งเกี่ยวกับวิธีการทำงานของพวกเขาซึ่งได้มาจากกฎทางกายภาพขั้นพื้นฐานซึ่งกำกับอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบของพวกเขา

โดเมนของจักรวาลการศึกษาของบิ๊กแบงการระเบิดครั้งใหญ่ที่สร้างทุกเรื่องในจักรวาลและกาลอวกาศซึ่งจักรวาลนั้นประกอบขึ้นบิ๊กแบงเริ่มต้นเป็นจุดที่มีความหนาแน่นใกล้ชิดและไม่มีปริมาณเป็นศูนย์: ความเป็นเอกเทศจากนั้นมันจะขยายไปถึงขนาดของนิวเคลียสอะตอมอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นที่ที่ฟิสิกส์ของอนุภาคเข้ามาเล่นเพื่อให้เข้าใจว่าช่วงเวลาแรกสุดของบิ๊กแบงมีอิทธิพลต่อจักรวาลอย่างที่เป็นอยู่ทุกวันนี้เราต้องใช้สิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับฟิสิกส์อนุภาคเพื่อสร้างแบบจำลองทางดาราศาสตร์ที่น่าเชื่อถือ

หนึ่งในแรงจูงใจในการสร้างตัวเร่งอนุภาคที่ทรงพลังยิ่งขึ้นซึ่งจำลองสถานการณ์ทางกายภาพโดยเร็วที่สุดในประวัติศาสตร์ของจักรวาลเมื่อทุกอย่างมีขนาดกะทัดรัดและร้อนมากนักจักรวาลวิทยาจะต้องมีความเชี่ยวชาญในฟิสิกส์อนุภาคเพื่อให้มีส่วนร่วมอย่างมีนัยสำคัญในสนาม

กุญแจสำคัญอีกประการหนึ่งในการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างฟิสิกส์อนุภาคและจักรวาลวิทยาคือการดูการศึกษาหลุมดำคุณสมบัติทางกายภาพของหลุมดำนั้นเกี่ยวข้องกับอนาคตระยะยาวของจักรวาลหลุมดำเป็นดาวที่ยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วงอันยิ่งใหญ่ที่ไม่ได้แสงสามารถหลบหนีจากความเข้าใจได้ในขณะที่มันคิดว่าหลุมดำที่ปล่อยออกมาไม่มีการแผ่รังสีและจะเป็นนิรันดร์ที่ขัดแย้งกับนักฟิสิกส์แต่สตีเฟ่นฮอว์คิงทฤษฎีตามข้อมูลเชิงลึกจากฟิสิกส์อนุภาคหลุมดำจะปล่อยรังสีซึ่งหลังจากนั้นได้รับการขนานนามว่ารังสีฮอว์คิง

ฟิสิกส์อนุภาคยังมีความเกี่ยวข้องอย่างมากในการสืบสวนเรื่องมืดสสารที่มองไม่เห็นซึ่งเป็นที่รู้จักกันอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงต่อสสารที่มองเห็นได้และพลังงานมืดซึ่งเป็นพลังลึกลับที่แพร่กระจายไปทั่วจักรวาลและทำให้การขยายตัวของมันเร่งความเร็วเหล่านี้เป็นคำถามสำคัญในจักรวาลวิทยาสมัยใหม่