Вселената съществува, защото материята и антиматерията не са добри приятели.
Космическата мрежа съществува, защото количествата материя и антиматерия първоначално не са били равни. (Снимка: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)
Има ли научна причина за съществуването на Вселената? С други думи, каква е науката за това защо изобщо има нещо, вместо само нищо?
Отговорът е свързан с противоположностите. Учените са открили, че Вселената съществува, защото е започнала с лек дисбаланс между материята и антиматерията. Частиците на материята – тоест всички електрони, протони и неутрони в атомите и молекулите на обикновените вещества – се различават от частиците антиматерия, които носят противоположния електрически заряд, но са сходни по много начини.
Материята и антиматерията не се разбират. Когато частиците им се сблъскат, те се анихилират взаимно в интензивен изблик на гама-лъчи. За щастие, антиматерията сега е изключително рядка. Въпреки че антиматерията е играла фундаментална роля във формирането на Вселената, фактът, че сега има толкова малко от нея, е една от големите мистерии на космологията.
Антиматерията е предсказана от английския физик Пол Дирак преди почти 100 години като част от неговата пионерска работа по квантова механика и е потвърдена експериментално от 30-те години на миналия век. Днес учените могат да създават антиматерия в ускорители на частици като Големия адронен колайдер.
Но Дирак е предсказал, че трябва да има равни количества материя и антиматерия, според Паскуале Ди Бари, професор по физика и астрономия в Университета в Саутхемптън във Великобритания. Така че фактът, че сега има толкова малко антиматерия и толкова много материя - включително всички звезди във всички галактики във Вселената, въпреки че някои учени някога са предполагали, че може да има „антигалактики“ от „антизвезди“ - е голям научен проблем.
„Смятаме, че Вселената е започнала като съотношение 50-50 материя-антиматерия по време на Големия взрив, но много бързо след това е започнала да доминира материята“, каза Тара Шиърс, физик на елементарни частици в Университета в Ливърпул, пред Live Science в имейл. „За да се случи това, е необходима много малка разлика или асиметрия в поведението на материята и антиматерията, за да може едната в крайна сметка да доминира над другата.“
Но „тази разлика не е предвидена, не е разбрана и със сигурност не е обяснена“, продължи Шиърс. „Разбирането на тази разлика е проблемът, който искаме да решим; това е проблемът с асиметрията материя-антиматерия.“
Според Дирак термините „материя“ и „антиматерия“ са почти произволни. „Материя“ се отнася до обикновени частици, а „антиматерия“ се отнася до античастици – но можеше да е и обратното. Ако не бяха предимно анихилирани, частиците антиматерия може би щяха да образуват вселена от антиатоми и антимолекули. В крайна сметка, каквото и да преобладава, е наречено материя, а неговата противоположност – антиматерия.
На тази графика космически кораб на НАСА засече изблик на антиматерия, освободен от гръмотевична буря в земната атмосфера. (Снимка: НАСА)
Космически остатъци
Използвайки наблюдения от ускорители на частици, следи от разпад на антиматерия в астрономически спектри и гравитационни вълни, физиците се опитват да разберат по-добре защо съществува това голямо необяснимо несъответствие във Вселената, което е довело до появата на всичко, което тя съдържа.
Ди Бари смята, че първоначално може да е имало много милиарди пъти повече частици материя и антиматерия, отколкото сега, преди те да се анихилират предимно взаимно в първите части от секундата след Големия взрив. „Това, от което сме направени, са остатъците“, каза той пред Live Science.
Реймънд Волкас, теоретичен физик на елементарните частици в Университета в Мелбърн, добави, че причина за асиметрията е била очертана през 1967 г. от съветския физик Андрей Сахаров. (Сахаров, критик на съветската система, е осъден на „вътрешно изгнание“ за политическо несъгласие през 1980 г.; освободен е през 1986 г. и умира през 1989 г.)
Сахаров предполага, че асиметрията съществува, защото частиците материя и антиматерия не са точни противоположности, а реагират различно на някои фундаментални сили при определени обстоятелства – феномен, известен като „нарушение на C и CP“.
Общите принципи на „нарушението на C и CP“ са известни, но спецификите не са, каза Волкас пред Live Science в имейл. „Има много възможности на масата!“, добави той. „Предизвикателството е експериментално да се разграничат.“
Източник за статията
Има ли научна причина за съществуването на Вселената? С други думи, каква е науката за това защо изобщо има нещо, вместо само нищо?
Отговорът е свързан с противоположностите. Учените са открили, че Вселената съществува, защото е започнала с лек дисбаланс между материята и антиматерията. Частиците на материята – тоест всички електрони, протони и неутрони в атомите и молекулите на обикновените вещества – се различават от частиците антиматерия, които носят противоположния електрически заряд, но са сходни по много начини.
Материята и антиматерията не се разбират. Когато частиците им се сблъскат, те се анихилират взаимно в интензивен изблик на гама-лъчи. За щастие, антиматерията сега е изключително рядка. Въпреки че антиматерията е играла фундаментална роля във формирането на Вселената, фактът, че сега има толкова малко от нея, е една от големите мистерии на космологията.
Антиматерията е предсказана от английския физик Пол Дирак преди почти 100 години като част от неговата пионерска работа по квантова механика и е потвърдена експериментално от 30-те години на миналия век. Днес учените могат да създават антиматерия в ускорители на частици като Големия адронен колайдер.
Но Дирак е предсказал, че трябва да има равни количества материя и антиматерия, според Паскуале Ди Бари, професор по физика и астрономия в Университета в Саутхемптън във Великобритания. Така че фактът, че сега има толкова малко антиматерия и толкова много материя - включително всички звезди във всички галактики във Вселената, въпреки че някои учени някога са предполагали, че може да има „антигалактики“ от „антизвезди“ - е голям научен проблем.
„Смятаме, че Вселената е започнала като съотношение 50-50 материя-антиматерия по време на Големия взрив, но много бързо след това е започнала да доминира материята“, каза Тара Шиърс, физик на елементарни частици в Университета в Ливърпул, пред Live Science в имейл. „За да се случи това, е необходима много малка разлика или асиметрия в поведението на материята и антиматерията, за да може едната в крайна сметка да доминира над другата.“
Но „тази разлика не е предвидена, не е разбрана и със сигурност не е обяснена“, продължи Шиърс. „Разбирането на тази разлика е проблемът, който искаме да решим; това е проблемът с асиметрията материя-антиматерия.“
Според Дирак термините „материя“ и „антиматерия“ са почти произволни. „Материя“ се отнася до обикновени частици, а „антиматерия“ се отнася до античастици – но можеше да е и обратното. Ако не бяха предимно анихилирани, частиците антиматерия може би щяха да образуват вселена от антиатоми и антимолекули. В крайна сметка, каквото и да преобладава, е наречено материя, а неговата противоположност – антиматерия.
Космически остатъци
Използвайки наблюдения от ускорители на частици, следи от разпад на антиматерия в астрономически спектри и гравитационни вълни, физиците се опитват да разберат по-добре защо съществува това голямо необяснимо несъответствие във Вселената, което е довело до появата на всичко, което тя съдържа.
Ди Бари смята, че първоначално може да е имало много милиарди пъти повече частици материя и антиматерия, отколкото сега, преди те да се анихилират предимно взаимно в първите части от секундата след Големия взрив. „Това, от което сме направени, са остатъците“, каза той пред Live Science.
Реймънд Волкас, теоретичен физик на елементарните частици в Университета в Мелбърн, добави, че причина за асиметрията е била очертана през 1967 г. от съветския физик Андрей Сахаров. (Сахаров, критик на съветската система, е осъден на „вътрешно изгнание“ за политическо несъгласие през 1980 г.; освободен е през 1986 г. и умира през 1989 г.)
Сахаров предполага, че асиметрията съществува, защото частиците материя и антиматерия не са точни противоположности, а реагират различно на някои фундаментални сили при определени обстоятелства – феномен, известен като „нарушение на C и CP“.
Общите принципи на „нарушението на C и CP“ са известни, но спецификите не са, каза Волкас пред Live Science в имейл. „Има много възможности на масата!“, добави той. „Предизвикателството е експериментално да се разграничат.“
Tags:
космос