Einsteini üldise relatiivsusteooria suurim õppetund on see, et ruum ise ei ole lame, muutumatu ja absoluutne üksus. See on kootud ajaga kokku üheks kangaks: aegruum. See kude on pidev, sile ning aine ja energia juuresolekul painutatakse ja deformeerub. Kõik, mis selles aegruumis eksisteerib, liigub mööda aegruumi kõverusega määratud rada ja selle liikumist piirab valguse kiirus. Aga mis siis, kui kangas endas on defekte? See pole ulme, vaid teoreetilises füüsikas tõeliselt eksisteeriv idee. Sellega on seotud suure energiaga reliikviad nagu domeeniseinad, kosmilised stringid ja monopolid. Ethan Siegel saidilt Medium.com püüdis vastata küsimusele, mis on nende päritolu, omadused ja kuidas nad tavalise universumiga läbi saavad.
Selgus, et defektse Universumi hankimine pole matemaatiliselt nii keeruline.
Maa gravitatsiooniline käitumine orbiidil ei tulene nähtamatust gravitatsioonilisest gravitatsioonist, vaid seda saab paremini kirjeldada Maa poolt, langedes Päikese juuresolekul vabalt läbi kõvera ruumi. Isegi sel juhul on ruumi kõverus liiga väike ja puuduvad defektid.
Püüdke ruumi võimalikult hästi esindada. Kuidas see välja näeb? Kas see on tühi, sile ja enamasti ühtlane? Kas arvate ka, et ainsad kõrvalekalded sellest olekust on seotud masside ja energiakvantide olemasoluga? See on hea lähenemine, mida füüsikud tavaliselt kasutavad. Suures plaanis on ruum kolmemõõtmeline ruudustik, mille ainsateks kõrvalekalleteks on väikese ruumilise kõveruse väikesed piirkonnad, luues gravitatsioonijõu, mida me hästi tunneme. Selles konfiguratsioonis on ruumi kõige vähem energiat.
Ruumi-aegne kangas lainetab ja tõmbub massi tõttu. Niipalju kui me teame, ei voldi ruum kunagi endasse ega volditu.
Aga kuidas on põnevil olekutega? Või teised? Selle lihtsustamiseks lahutame kaks ruumilist mõõdet ja hoiame ühte: joont. Joon võib olla sirge, avatud ja lõputu või suletud, nagu silmus. Mõlemal juhul on need liinid, mille energia on kõige väiksem. Milline oleks kõrge energiaga seisund? Kujutage ette, et võtate oma joone ja riputate selle nagu nööri. Tehke nüüd nöörile sõlm, nagu siduksite paelu. Sõlmeta string tähistab ühemõõtmelist ruumi madalaima energia olekus; ühe sõlmega string tähistab ühemõõtmelist ruumi esimeses ergastatud olekus. See sõlm on 0-mõõtmeline topoloogiline defekt.
Nüüd saate sõlme sisaldava joonega teha huvitavaid asju. Võite samamoodi siduda teise sõlme ja saada ühe topoloogilise defekti asemel kaks. Kuid kui seotate sõlme vastassuunas (see tähendab, et teete sama silmuse, kuid muidu ristite otsad enne viskamist ja pingutamist), on see sõlm topoloogiliselt vastupidine algsele sõlmele. Kui joondate mõlemad sõlmed (originaalsed ja vastupidi) väga ettevaatlikult, selgub, et need võivad üksteise lahti siduda ja viia joone tagasi madala energiaga olekusse.
Reklaamvideo:
Nende nullmõõtmeliste efektide kahel tüübil - sõlmel ja sõlmevastasel - on meie universumis füüsikalised analoogiad: magnetilised monopolid. Sõlm vastab isoleeritud magnetilisele põhjapoolusele; eraldatud lõunamagnetpooluse vastassõlm. Kui ühendate need, hävitavad nad, nagu aine ja antiaine, ning viivad aegruumi kanga tagasi madala energiaga olekusse. Kuna monopolid on lihtsalt punktosakesed, käituvad nad nagu tavalised ained, mis ei erine palju meie universumis eksisteerivatest elektrimonopoolidest (positiivsed ja negatiivsed elektrilaengud).
Magnetmonopoli kontseptsioon, mis kiirgab magnetvälja jooni samamoodi nagu eraldatud elektrilaeng emiteerib elektrivälja liine
Nii et pöördume tagasi oma 3D-universumi juurde. Nüüd võite ette kujutada mitte ainult täpseid defekte, vaid ka kõrgemõõtmelisi defekte:
- kosmilised stringid: kui ühemõõtmeline joon läbib mingil viisil kogu vaadeldavat universumit
- Domeeniseinad: kui universumit läbib kahemõõtmeline tasapind, millel on erinevad omadused ühelt küljelt teisele
- Kosmosetekstuurid: kui kolmemõõtmelise ruumi ala keeratakse sõlmedeks
Niisiis, meil on monopole (0-mõõtmeline), stringe (1-mõõtmelisi), seinu (2-mõõtmelisi) ja tekstuure (3-mõõtmelisi) - igasuguseid defekte, mis tekivad sama klassi erinevatest mehhanismidest: kui sümmeetria on katki.
Erinevused universumite vahel, üks loodud vastavalt tavalisele kosmoloogiale (vasakul) ja teine, mis on loodud märkimisväärse topoloogiliste defektide võrgustikuga (paremal), tekitavad mitmesuguseid suuremahulisi struktuure. Meie tähelepanekutest piisab, et välistada kosmilised stringid ja domeeniseinad kui kaasaegse universumi domineeriv komponent.
Sümmeetria murdmine on füüsikas tõsine asi. Iga olemasolev sümmeetria vastab salvestatud väärtusele, nii et kui sümmeetria on katki, siis seda väärtust enam ei salvestata. Monopole saab toota sfäärilise sümmeetria purustamisega; stringe saab toota nurga- või silindrikujulise sümmeetria purustamisega; diskreetse sümmeetria rikkumine võib luua domeeniseinu. Muude defektide leidmine on veidi keerulisem, kuid lisamõõtmetega stsenaariumide puhul tulevad need sageli mängu. Kuid esimesed kolm - eriti monopolid, kosmilised stringid ja domeeniseinad - pakuvad kosmoloogiale erilist huvi.
Me teame, et kõik ei piirdu ainult standardmudeliga ning on palju laiendusi ja täiendusi, millel võivad olla huvitavad jälgitavad tagajärjed. Üks neist on suure ühinemise idee, kui elektromagnetilised, nõrgad ja tugevad tuumajõud ühenduvad suurtel energiatel. Ühendamise idee seisneb selles, et standardmudeli kõik kolm jõudu ja võib-olla isegi suure energiaga gravitatsioon võiks olla ühendatud üheks struktuuriks. See ei tooks mitte ainult uute osakeste ja vastastikmõjude tekkimist, vaid võimaldaks ka magnetiliste monopoolide tekkimist. Magnetiliste monopoolide puudumist vaadeldavas universumis nimetatakse sageli kosmilise inflatsiooni tõendiks ja et Universum ei muutu pärast inflatsiooni lõppu kunagi piisavalt kuumaks, et taastada suurte ühinemisteooriate sümmeetria.
Kui sümmeetria, mis tagab suure ühinemise, puruneks, ilmuks tohutu arv magnetilisi monopole. Kuid nad pole meie Universumis; kui kosmiline inflatsioon toimuks pärast selle sümmeetria purunemist, peaks vähemalt üks monopol jääma vaadeldavasse universumisse
Kosmilised stringid ja domeeniseinad võivad faasisiirete ajal ilmneda, kui need tõesti olemas olid, varsti pärast inflatsiooni lõppu. Varasel ajal võib tekkida mõningaid ülimalt suure energiaga sümmeetriaid, kui need purunevad, ilmnevad sarnased vead. Kosmilised stringid ja domeeniseinad - üks või terve võrk - peaksid jätma allkirja Universumi suuremahulisse struktuuri, KMA-sse ilmuvad tekstuurid ja otseste eksperimentide abil tuleb luua monopole. Mõned füüsikud viitavad kosmilise inflatsiooni tõestuseks 14. veebruaril 1982 avastatud magnetilisele monopolile: vaadeldavas universumis oli üks monopool ja me nägime seda!
1982. aastal registreeris Blas Cabrera juhitud katse, mis oli relvastatud kaheksa pöördejuhtmega, muutuse kaheksa magnetoni voos: näidud näitasid magnetilist monopooli. Kahjuks ei olnud avastamise ajal kedagi läheduses ja keegi ei suutnud tulemust reprodutseerida, samuti leida veel üks monopol
Ja kui monopolid käituvad nagu aine, mõjutavad kosmilised paelad, domeeniseinad või kosmoloogilised tekstuurid tõsiselt Universumi laienemist. Kosmilised stringid käituvad nagu ruumiline kõverus, piirdudes umbes 0,4% -ga kogu energiatihedusest, ja domeeniseinad loovad tumeda energia vormi, mis kiirendab universumi laienemist nii aeglaselt, et seda isegi ei märgata. Kosmoloogilistel tekstuuridel on sama mõju kui kosmoloogilisel konstandil, kuid meie vaatluste selgitamiseks peab meie vaadeldav Universum piirduma ühe defektiga.
Universumi energiatiheduse erinevad komponendid ja millal need võivad avalduda täies jõus. Kui kosmilisi paelu või domeeniseinu eksisteeriks mis tahes koguses, mõjutaksid need tõsiselt meie universumi laienemist.
Monopolid, nöörid, seinad, tekstuurid ja muud defektid peaksid olema ülirasked, kui need oleksid olemas. Monopolid oleksid kõige massilisemad osakesed, mis kunagi avastatud (100 triljonit korda massilisem kui ülemine kvark). Nöörid, seinad ja tekstuurid muutuksid suuremahuliste konstruktsioonide seemneteks, mis tõmbaksid materjali kokku ja moodustaksid muid struktuure, mida näeme hõlpsasti tänapäevaste teleskoopide, uuringute ja KMA andmetega. Praegused piirangud ütlevad meile, et selliseid struktuure ei ole ohtralt ja vaevalt moodustaksid need rohkem kui paar protsenti kogu kosmose energiaeelarvest.
Siiani pole ühtegi tõendit selle kohta, et meie universum oleks defektne, välja arvatud see üksik magnetmonopoli vaatlus 35 aastat tagasi. Kuigi me ei saa nende olemasolu ümber lükata (ainult piir), peame kõrvad üleval hoidma ja olema valmis mitte ainult nende võimalikuks avastamiseks, vaid ka muudeks standardmudeli täiendusteks, mida füüsika ei keela. Enamikul juhtudel, kui neid pole, peab nende olemasolu pärssima miski. Tõendite puudumine ei viita nähtuse puudumisele. Kuid ka kättesaadavus.
Ilja Khel
