مرة أخرى في اللحظة الأولى من الكون ، كان كل شيء ساخنًا وكثيفًا ومتوازنًا تمامًا. لم يكن هناك أي جزيئات كما نفهمها ، ناهيك عن أي نجوم أو حتى الفراغ الذي يتغلغل في الفضاء اليوم. تمتلئ المساحة بأكملها بأشياء مضغوطة متجانسة لا شكل لها.
ثم انزلق شيء. أصبح كل هذا الاستقرار الرتيب غير مستقر. فازت المادة على ابن عمها الغريب ، المادة المضادة ، وأصبحت تسيطر على الفضاء كله. تشكلت غيوم تلك المادة وانهارت إلى نجوم ، والتي أصبحت منظمة في المجرات. بدأ كل شيء نعرفه عن الوجود.
إذن ، ما الذي حدث لإخراج الكون من حالته التي لا شكل لها؟
لا يزال العلماء غير متأكدين. لكن الباحثين توصلوا إلى طريقة جديدة لنمذجة نوع من العيب في المختبر يمكن أن يتسبب في عدم التوازن الكبير للكون المبكر. في بحث جديد نُشر اليوم (16 يناير) في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز ، أظهر العلماء أنه يمكنهم استخدام الهليوم المبرد لنمذجة اللحظات الأولى من الوجود - على وجه التحديد ، لإعادة إنشاء مجموعة واحدة من الظروف المحتملة التي ربما كانت موجودة للتو بعد الانفجار الكبير.
هذا مهم لأن الكون مليء بالتوازن بين الأفعال التي يسميها الفيزيائيون "التماثلات".
بعض الأمثلة الرئيسية: تعمل المعادلات الفيزيائية بنفس الطريقة للأمام وللخلف مع مرور الوقت. هناك ما يكفي من الجسيمات الموجبة الشحنة الموجبة في الكون لإلغاء جميع الجسيمات المشحونة سلبًا.
ولكن في بعض الأحيان ، تنكسر التماثلات. يقع المجال المثالي المتوازن على طرف الإبرة بطريقة أو بأخرى. ينقسم جانبان متطابقان من المغناطيس إلى قطبين شمالي وجنوبي. تفوز المادة على المادة المضادة في الكون المبكر. تنبثق جسيمات أساسية محددة من انعدام الشكل للكون المبكر وتتفاعل مع بعضها البعض عبر قوى منفصلة.
وقال جيري ماكينين ، المؤلف الرئيسي للدراسة وطالب الدكتوراه في جامعة آلتو في فنلندا ، لـ Live Science: "إذا أخذنا وجود الانفجار الكبير على النحو المبين ، فقد خضع الكون بلا شك لبعض التحولات التي تكسر التماثل".
هل تحتاج إلى إثبات؟ كل شيء حولنا. كل طاولة وكرسي ومجرة مجرة وبلاط البط البحري هو دليل على أن شيئًا أخرج الكون المبكر من حالته المبكرة والمستوية وإلى تعقيده الحالي. نحن هنا بدلاً من كوننا إمكانات في فراغ موحد. لذلك ، كسر شيء ما هذا التماثل.
يطلق الفيزيائيون على بعض التقلبات العشوائية التي تكسر التماثل "العيوب الطوبولوجية".
في جوهرها ، العيوب الطوبوغرافية هي بقع حيث يصبح شيء ما متزعزعًا في مجال غير منتظم. في كل مرة يظهر خلل. يمكن أن يحدث هذا بسبب التداخل الخارجي ، كما هو الحال في تجربة معملية. أو يمكن أن يحدث بشكل عشوائي وغامض ، كما يشتبه العلماء في حدوثه في الكون المبكر. بمجرد أن يتشكل عيب طوبوليجي ، يمكن أن يجلس في منتصف حقل موحد ، مثل صخرة تخلق تموجات في تدفق سلس.
يعتقد بعض الباحثين أن أنواعًا معينة من العيوب الطوبولوجية في الأشياء العديمة الشكل للكون المبكر ربما لعبت دورًا في تلك التحولات الأولى التي تكسر التماثل. ربما تضمنت هذه العيوب هياكل تسمى "الدوامات نصف الكمومية" (أنماط الطاقة والمادة التي تشبه إلى حد ما الدوامات) و "الجدران التي تحدها الأوتار" (الهياكل المغناطيسية المصنوعة من جدران ثنائية الأبعاد يحدها على الجانبين جانبان - الأبعاد "سلاسل"). تؤثر تلك الهياكل الناشئة تلقائيًا على تدفق المادة في أنظمة غير متناظرة ، ويشك بعض الباحثين في أن هذه الهياكل لعبت دورًا في تجميع الكون معًا في النجوم والمجرات التي نراها اليوم.
سبق للباحثين أن خلقوا هذه الأنواع من العيوب في المجالات المغناطيسية للغازات فائقة التبريد والموصلات الفائقة في مختبراتهم. لكن العيوب ظهرت بشكل فردي. قال ماكينين إن معظم النظريات التي تستخدم العيوب الطوبولوجية لشرح أصل الكون الحديث تنطوي على عيوب "مركبة" - أكثر من عيب واحد يعمل في حفلة موسيقية.
صمم ماكينين وشركاؤه تجربة تنطوي على هليوم سائل مبرد إلى أجزاء بدرجة أعلى من الصفر المطلق ويتم عصرها في غرف صغيرة. في ظلام هذه الصناديق الصغيرة ، ظهرت الدوامات نصف الكم في الهيليوم المبرد.
ثم قام الباحثون بتغيير ظروف الهيليوم ، مما جعله يمر بسلسلة من التحولات الطورية بين نوعين مختلفين من السوائل الفائقة ، أو سوائل بدون لزوجة. هذه هي التحولات الطورية شبيهة بالماء الذي يتحول من مادة صلبة إلى سائل أو غاز ، ولكن في ظروف أكثر تطرفًا.
تتسبب انتقالات الطور في كسر التماثل. على سبيل المثال ، الماء السائل مليء بالجزيئات التي يمكن أن توجه في العديد من الاتجاهات المختلفة. لكن قم بتجميد ذلك الماء ، وتم تثبيت الجزيئات في مواضع معينة. تحدث فواصل مماثلة في التماثل مع تحولات الطور الفائق السوائل في التجارب.
ومع ذلك ، بعد أن مر الهيليوم فوق المائع بتحولات طوره ، بقيت الدوامات - محمية بجدران تحدها الأوتار. معًا ، شكلت الدوامات والجدران عيوبًا طوبولوجية مركّبة ونجت تحولات طور كسر التماثل. بهذه الطريقة ، كتب الباحثون في الورقة ، هذه الأشياء تعكس عيوبًا تقترحها بعض النظريات التي تشكلت في الكون المبكر.
هل يعني هذا أن ماكينين ومؤلفيه قد اكتشفوا كيف انكسر التناظر في الكون المبكر؟ بالطبع لا. أظهر نموذجهم فقط أن جوانب معينة من "النظريات الموحدة الكبرى" لكيفية تشكيل الكون المبكر لشكله يمكن تكرارها في المختبر - على وجه التحديد ، أجزاء تلك النظريات التي تنطوي على عيوب طوبولوجية. لا يقبل الفيزيائيون أيًا من هذه النظريات على نطاق واسع ، وقد يكون هذا كله طريقًا مسدودًا نظريًا كبيرًا.
لكن عمل ماكينين يفتح الباب لمزيد من التجارب للتحقيق في كيفية عمل هذه الأنواع من العيوب لتشكيل اللحظات بعد الانفجار الكبير. وقال إن هذه الدراسات تعلم العلماء بالتأكيد شيئًا جديدًا حول عالم الكم. يبقى السؤال المفتوح: هل سيربط الفيزيائيون بشكل قاطع هذه التفاصيل حول العالم الكمي الصغير مع سلوك الكون بأكمله؟
