Космічна таємниця. Фізики припускають, що гравітація може генерувати світло — та пояснили, як це має відбуватися

Чудова штука — ця квантова фізика, що тут ще можна сказати.

Проте повернемось у світ реальний, тобто, той який ми можемо побачити. Стандартна модель стверджує, що безмасові частинки не можуть отримати масу. Наприклад, фотон — фундаментальна, «базова» частинка світла, яка не має маси, зазвичай не може стати іншою частинкою попри те, що більшість інших частинок можуть переживати подібні трансформації. Наприклад, кварки можуть міняти свої аромати з нижнього на верхній, а частинки нейтрино — «стрибати» між кожним з трьох видів (електронне нейтрино, мюонне нейтрино і тау-нейтрино). Ця особливість називається нейтринними осциляціями.

Проте в ідеальних умовах навіть фотон може отримати масу та стати якоюсь частинкою. Наприклад при взаємодії з важким атомом в «ідеальних» умовах, він може спонтанно відщепитися та перетворитися на електрон і позитрон — і те, і інше є масивними частинками.

У новому досліджені, яке поки що доступно в базі даних препринтів arXiv, вчені вивчили умови надзвичайно раннього Всесвіту. Тоді наш світ був зовсім іншим, аніж зараз — набагато меншим, щільнішим та більш гарячим. Через це вся матерія та енергія взаємодіяли зовсім не так, як ми звикли, а їхня швидкість була такою, яку нездатні досягнути навіть найпотужніші колайдери сучасності.

У цьому надгарячому супі вчені розглядають гравітацію не тільки через призму Стандартної моделі. Умови раннього Всесвіту дозволяють дослідникам вивчати гіпотетичний стан гравітації, який вона могла б мати завдяки квантовій фізиці. Гіпотетичні гравітаційні частинки відомі як гравітони; зараз у вчених немає доказів їхнього існування, проте це не заважає припускати, що в полярно інших умовах світу вони дійсно могли б існувати.

Так от, ці частинки гіпотетично поводяться так само як і будь-яка інша фундаментальна частинка — в тому числі вони можуть трансформуватися в інші частинки. Важливу роль у цьому процесі мали б відігравати гравітаційні хвилі — брижі в тканині простору-часу, що виникають внаслідок зіткнень між наймасивнішими космічними об'єктами на кшталт галактик, чорних дір та нейтронних зір. Зараз, через величезні відстані, що розділяють наш Всесвіт, гравітаційні хвилі набагато слабкіші — проте у ранньому Всесвіті вони були набагато сильнішими, що мало б серйозний вплив і на інші взаємодії.

Уявіть собі невеликий дитячий басейн. Якщо ви почнете створювати хвилі своїми руками та продовжите це робити протягом певного часу, вода почне вибризкуватись, адже хвилі будуть підсилювати одна одну. Так само і в умовах раннього Всесвіту — гравітаційні хвилі збивали матерію в щільні грудки, паралельно посилюючи взаємодію між фундаментальними частинками. У такий спосіб, цей процес міг би призвести до надзвичайно високої енергії випромінювання; можна сказати, що гравітація у такий спосіб сформувала фотони, тобто, частинки світла.

Дослідники пояснюють, що цей процес не був би тривалим через розширення Всесвіту. Через це гравітаційні хвилі потроху б втрачали свою кумулятивну силу.

Попри те, що зараз таку ситуацію уявити (та відтворити) неможливо, розуміння цих механізмів дозволяє вченим досліджувати еволюцію Всесвіту та краще розуміти процеси, які відбували у ранній епосі нашого світу.