ย้อนกลับไปในช่วงเวลาแรกของจักรวาลทุกอย่างร้อนแรงและมีความสมดุลอย่างสมบูรณ์แบบ ไม่มีอนุภาคใด ๆ ตามที่เราต้องการจะเข้าใจดาวฤกษ์หรือแม้แต่สุญญากาศที่แทรกซึมอวกาศในทุกวันนี้ พื้นที่ทั้งหมดเต็มไปด้วยสิ่งที่เป็นเนื้อเดียวกันรูปแบบที่ถูกบีบอัด
จากนั้นมีบางสิ่งที่ลื่น เสถียรภาพที่น่าเบื่อหน่ายนั้นไม่เสถียร สสารกลายเป็นลูกพี่ลูกน้องแปลก ๆ ปฏิสสารและมาครอบครองพื้นที่ทั้งหมด เมฆของสสารนั้นก่อตัวและยุบตัวเป็นดาวฤกษ์ซึ่งกลายเป็นกาแลคซี ทุกสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับการเริ่มมีอยู่
แล้วเกิดอะไรขึ้นที่จะทำให้เอกภพสิ้นสภาพที่ไม่มีรูปร่าง?
นักวิทยาศาสตร์ยังไม่แน่ใจ แต่นักวิจัยได้ค้นพบวิธีใหม่ในการสร้างแบบจำลองในห้องแล็บซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่อาจทำให้เกิดความไม่สมดุลของเอกภพยุคแรก ในรายงานฉบับใหม่ที่ตีพิมพ์วันนี้ (16 มกราคม) ในวารสาร Nature Communications นักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถใช้ฮีเลียม supercooled เพื่อสร้างแบบจำลองช่วงเวลาแรกของการดำรงอยู่ - โดยเฉพาะเพื่อสร้างชุดเงื่อนไขที่เป็นไปได้อีกครั้งหนึ่ง หลังจากบิ๊กแบง
นั่นสำคัญเพราะจักรวาลเต็มไปด้วยการทรงตัวที่นักฟิสิกส์เรียกว่า "สมมาตร"
ตัวอย่างที่สำคัญบางประการ: สมการทางฟิสิกส์ทำงานในลักษณะเดียวกันทั้งไปข้างหน้าและข้างหลังในเวลา มีเพียงอนุภาคที่มีประจุบวกในเอกภพเพียงพอที่จะกำจัดอนุภาคที่มีประจุลบทั้งหมดออกไป
แต่บางครั้งความสมมาตรก็พังทลาย ทรงกลมที่สมบูรณ์แบบสมดุลที่ปลายเข็มตกหล่นไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง แม่เหล็กสองด้านที่เหมือนกันแยกออกเป็นขั้วเหนือและขั้วใต้ สสารชนะเหนือปฏิสสารในเอกภพยุคแรก อนุภาคพื้นฐานที่เฉพาะเจาะจงนั้นเกิดขึ้นจากความไร้รูปร่างของเอกภพในยุคแรกและมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันผ่านกองกำลังที่ไม่ต่อเนื่อง
“ ถ้าเรามีบิ๊กแบงตามที่ระบุไว้จักรวาลก็ผ่านช่วงการเปลี่ยนภาพที่ไม่สมมาตร” Jere Mäkinenผู้เขียนนำการศึกษาและนักศึกษาปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัย Aalto ในฟินแลนด์กล่าวกับ Live Science
ต้องการหลักฐานหรือไม่ มันอยู่รอบตัวเรา ทุกโต๊ะและเก้าอี้กาแล็กซี่และตุ่นปากเป็ดที่เรียกเก็บเงินจากเป็ดเป็นหลักฐานว่ามีบางสิ่งที่ทำให้เอกภพยุคแรกออกมาจากสภาพต้นแบนและเข้าสู่ความซับซ้อนในปัจจุบัน เราอยู่ที่นี่แทนที่จะเป็นศักยภาพในความว่างเปล่าที่เหมือนกัน ดังนั้นสิ่งที่ทำลายความสมมาตร
นักฟิสิกส์เรียกความผันผวนแบบสุ่มบางอย่างที่ทำให้สมมาตรผิดปกติ
ในสาระสำคัญข้อบกพร่องทอพอโลยีเป็นจุดที่บางสิ่งบางอย่างไปได้ยากในเขตข้อมูลที่เหมือนกัน ทั้งหมดในครั้งเดียวเกิดการหยุดชะงัก สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากการรบกวนจากภายนอกเช่นในห้องทดลอง หรืออาจเกิดขึ้นแบบสุ่มและลึกลับเช่นนักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าเกิดขึ้นในจักรวาลต้น เมื่อรูปแบบข้อบกพร่องสุดยอดมันสามารถนั่งอยู่กลางสนามเครื่องแบบเหมือนก้อนหินที่สร้างระลอกคลื่นในลำธารที่ลื่นไหล
นักวิจัยบางคนเชื่อว่าข้อบกพร่องของทอพอโลยีชนิดพิเศษในสิ่งที่ไม่มีรูปร่างของเอกภพยุคแรกอาจมีบทบาทในช่วงการเปลี่ยนภาพแบบสมมาตรครั้งแรก ข้อบกพร่องเหล่านั้นอาจรวมถึงโครงสร้างที่เรียกว่า "ครึ่งควอนตัม vortices" (รูปแบบของพลังงานและสสารที่ดูเหมือนบิต) และ "กำแพงล้อมรอบด้วยสาย" (โครงสร้างแม่เหล็กทำจากผนังสองมิติล้อมรอบทั้งสองข้างหนึ่ง - มิติ "สตริง") สิ่งก่อสร้างที่เกิดขึ้นเองเหล่านั้นส่งผลกระทบต่อการไหลของสสารในระบบที่มีความสมมาตรเป็นอย่างอื่นและนักวิจัยบางคนสงสัยว่าโครงสร้างเหล่านี้มีบทบาทในการรวมกลุ่มจักรวาลเข้าด้วยกันเป็นดวงดาวและกาแลกซี่
ก่อนหน้านี้นักวิจัยได้สร้างข้อบกพร่องประเภทนี้ในสนามแม่เหล็กของก๊าซ supercooled และตัวนำยิ่งยวดในห้องปฏิบัติการ แต่ข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นเป็นรายบุคคล ทฤษฎีส่วนใหญ่ที่ใช้ข้อบกพร่องเชิงทอพอโลยีเพื่ออธิบายกำเนิดของจักรวาลสมัยใหม่นั้นเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่อง "ประกอบ" Mäkinenกล่าว - ข้อบกพร่องมากกว่าหนึ่งข้อทำงานในคอนเสิร์ต
Mäkinenและผู้ร่วมเขียนของเขาออกแบบการทดลองที่เกี่ยวข้องกับฮีเลียมเหลวที่เย็นลงถึงเศษส่วนขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์และบีบลงในห้องเล็ก ๆ ในความมืดของกล่องเล็ก ๆ เหล่านั้นกระแสน้ำวนครึ่งควอนตัมปรากฏขึ้นในฮีเลียมซูเปอร์เย็น
จากนั้นนักวิจัยได้เปลี่ยนเงื่อนไขของฮีเลียมทำให้ผ่านช่วงการเปลี่ยนสถานะระหว่างซูเปอร์ฟลูอิดสองชนิดหรือของเหลวที่ไม่มีความหนืด นี่คือการเปลี่ยนเฟสคล้ายกับการเปลี่ยนน้ำจากของแข็งเป็นของเหลวหรือก๊าซ แต่ภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรงมากขึ้น
การเปลี่ยนเฟสทำให้สมมาตรสลาย ตัวอย่างเช่นน้ำของเหลวที่เต็มไปด้วยโมเลกุลที่สามารถปรับทิศทางได้หลายทิศทาง แต่แช่แข็งน้ำนั้นและโมเลกุลจะถูกล็อคในตำแหน่งเฉพาะ การแบ่งสมมาตรที่คล้ายกันเกิดขึ้นกับการเปลี่ยนเฟส superfluid ในการทดลอง
ถึงกระนั้นหลังจากฮีเลียม superfluid ผ่านการเปลี่ยนเฟสแล้วกระแสน้ำวนก็ยังคงได้รับการปกป้องโดยกำแพงล้อมรอบด้วยเชือก เมื่อรวมกันแล้วกระแสน้ำวนและผนังก่อให้เกิดข้อบกพร่องด้านทอพอโลยีแบบคอมโพสิตและมีการเปลี่ยนเฟสแบบสมมาตร ด้วยวิธีดังกล่าวนักวิจัยเขียนในกระดาษวัตถุเหล่านี้สะท้อนข้อบกพร่องที่ทฤษฎีบางทฤษฎีแนะนำว่าก่อตัวขึ้นในเอกภพยุคแรก
นี่หมายถึงว่าMäkinenและผู้เขียนร่วมของเขาได้คิดออกว่าสมมาตรแตกในเอกภพยุคแรกได้อย่างไร? ไม่ได้อย่างแน่นอน. แบบจำลองของพวกเขาแสดงให้เห็นเพียงบางแง่มุมของ "ทฤษฎีแบบครบวงจรที่ยิ่งใหญ่" ของวิธีการที่เอกภพยุคแรกนำรูปทรงไปใช้ในห้องปฏิบัติการได้ - โดยเฉพาะส่วนต่าง ๆ ของทฤษฎีเหล่านั้นที่เกี่ยวข้องกับทอพอโลยี ไม่มีทฤษฎีใดที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจากนักฟิสิกส์และทั้งหมดนี้อาจเป็นจุดจบทางทฤษฎีที่ยิ่งใหญ่
แต่งานของMäkinenเปิดประตูสู่การทดลองเพิ่มเติมเพื่อตรวจสอบว่าข้อบกพร่องประเภทนี้อาจทำงานเพื่อกำหนดช่วงเวลาหลังจากบิกแบงได้อย่างไร และการศึกษาเหล่านี้สอนให้นักวิทยาศาสตร์มีอะไรใหม่เกี่ยวกับอาณาจักรควอนตัมอย่างแน่นอน คำถามเปิดยังคงอยู่: นักฟิสิกส์จะสรุปรายละเอียดเหล่านี้เกี่ยวกับโลกควอนตัมจิ๋วกับพฤติกรรมของทั้งจักรวาลหรือไม่?
