2023 Autor: Luccile Osborne | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-22 02:10
Wie hat das Universum begonnen? Der Urknall wird traditionell als der Moment betrachtet, in dem ein unendlich dichtes Energiebündel plötzlich nach außen platzt, sich in drei Raumrichtungen ausdehnt und sich dabei allmählich abkühlt.
Jetzt sagt ein Team von Physikern, dass der Urknall als Phasenwechsel modelliert werden sollte: der Moment, in dem ein amorphes, formloses Universum analog zu flüssigem Wasser abkühlt und plötzlich kristallisiert, um eine vierdimensionale Raumzeit analog zu Eis zu bilden.
In der neuen Studie sagen der Hauptautor James Quach und Kollegen von der Universität von Melbourne in Australien, dass die Hypothese getestet werden kann, indem nach Defekten gesucht wird, die sich in der Struktur der Raum-Zeit gebildet hätten, als das Universum kristallisierte. Das Universum ist derzeit etwa 13,7 Milliarden Jahre alt.
"Stellen Sie sich das frühe Universum als eine Flüssigkeit vor", sagte Quach in einer Erklärung. "Dann, wenn sich das Universum abkühlt, 'kristallisiert' es in die drei räumlichen und einmaligen Dimensionen, die wir heute sehen. Theoretisch auf diese Weise würden wir beim Abkühlen des Universums erwarten, dass sich Risse bilden sollten, ähnlich wie sich Risse bilden, wenn Wasser gefriert zu Eis."
Wenn sie existieren, sollten diese Risse nachweisbar sein, sagten die Forscher, da sich Licht und andere Partikel auf ihrem Weg durch den Kosmos von ihnen verbiegen oder reflektieren würden.
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Die Vorstellung, dass Raum und Zeit emergente Eigenschaften sind, die plötzlich aus einem amorphen Zustand hervorgingen, wurde erstmals 2006 von Physikern am kanadischen Perimeter Institute vertreten. Die Theorie, die als "Quantengraphität" bezeichnet wird, besagt, dass die vierdimensionale Geometrie der Raumzeit entdeckt wurde von Albert Einstein ist nicht grundlegend; Stattdessen ist Raum-Zeit eher wie ein Gitter, das aus diskreten Raum-Zeit-Bausteinen aufgebaut ist, genau wie Materie kontinuierlich aussieht, aber tatsächlich aus Bausteinen besteht, die Atome genannt werden.
Ursprünglich waren die Bausteine bei extrem hohen Temperaturen wie flüssiges Wasser: Sie enthielten keine Struktur, "die einen Zustand ohne Raum darstellt", schrieben die Forscher in ihrer Arbeit. Im Moment des Urknalls, als die Temperatur im Universum auf den "Gefrierpunkt" der Raum-Zeit-Bausteine abfiel, kristallisierten sie sich zu dem vierdimensionalen Gitter aus, das wir heute beobachten.
Die Mathematik, die die Theorie beschreibt, prüft, aber "die Herausforderung bestand darin, dass diese Bausteine des Raums sehr klein und daher nicht direkt zu sehen sind", erklärte Quach. Aus menschlicher Sicht sieht die Raumzeit glatt und kontinuierlich aus.
Obwohl die Bausteine selbst möglicherweise zu klein sind, um sie zu erkennen, hoffen die Physiker, die Grenzen zu beobachten, die sich als Regionen kristallisierender Bausteine gebildet hätten, die zur Zeit des Urknalls aneinander gestoßen waren und "Risse" im Universum verursachten. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um den durchschnittlichen Abstand zwischen den Rissen vorherzusagen - es ist nicht bekannt, ob sie mikroskopisch sind oder Lichtjahre voneinander entfernt sind -, um ihre Auswirkungen auf Partikel zu charakterisieren.
Die Forschung von Quach und seinem Team wird in der diesmonatigen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review D detailliert beschrieben.
Bild mit freundlicher Genehmigung von Flickr, Fried Toast.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf Space.com hier veröffentlicht
