Cum tăiați un șir cuantic de dimensiunea universului? Noi cercetări arată cum ar fi putut haosul Big Bang-ului și cum acele tăieturi ar fi putut duce la un cosmos plin de unde gravitaționale ondulate.
Corzile cosmice sunt resturile ipotetice din primele momente ale universului. În prima secundă a Big bang, cosmosul a suferit mai multe runde intense de tranziții de fază pe măsură ce forțele naturii se desprind unele de altele. Mulți cosmologi cred că aceste tranziții au fost departe de a fi perfecte și că fiecare a lăsat în urmă defecte în spațiu-timp însuși.
Aceste defecte ar fi putut lua o varietate de forme și proprietăți, în funcție de detaliile fizicii (în mare parte necunoscute și complicate) care se întâmplau în acele zile de început. Corzile cosmice sunt probabil unul dintre cele mai comune dintre aceste defecte și, dacă ar exista, s-ar manifesta ca obiecte cu adevărat exotice. Ele ar avea grosimi nu mai mari decât un proton, s-ar întinde de la un capăt la altul al universului și ar fi atât de dense încât o milă de șir ar depăși întregul Pământ.
Ar fi, de asemenea, aproape indestructibile. Inainte de noua cercetare, care nu a fost trimis încă pentru evaluarea de către colegi, oamenii de știință credeau că șirurile cosmice sunt stabile. Odată ce s-au format șirurile cosmice, ele au existat pur și simplu, din primele momente ale Big Bang-ului până în zilele noastre. Singura modalitate de a diminua un șir cosmic ar fi dacă două dintre ele s-ar intersecta, sau dacă unul s-ar bucla pe el însuși. Odată ce s-a întâmplat acest lucru, vibrațiile care au urmat ar forța șirul cosmic să se descompună într-o ploaie de particule și radiații de înaltă energie.
Dar nu au fost găsite niciodată astfel de semnale de la corzile cosmice și, până în prezent, astronomii nu au descoperit nicio dovadă a existenței lor. Acest lucru prezintă o provocare pentru cosmologie, deoarece multe modele ale universului timpuriu prezic existența șirurilor cosmice. Deci, dacă șirurile cuantice au fost făcute din abundență în timpul Big Bang-ului, unde s-au dus toate?
Poate că șirurile cosmice nu sunt atât de stabile pe cât credeam cândva, potrivit noului studiu, condus de cercetătorii de la Institutul Kavli pentru Fizica și Matematica Universului din Japonia. În loc să fie stabile, șirurile ar putea fi „metastabile”. Metastabilitatea este un fenomen întâlnit în întreaga lume fizică și apare atunci când un sistem se poate găsi într-o poziție stabilă și rămâne acolo pentru o perioadă nedeterminată de timp, dar orice schimbare din acea poziție va determina sistemul să găsească un nou aranjament.
De exemplu, imaginați-vă că vă prăbușiți pe malul unui deal – o situație foarte dinamică, instabilă. Dacă ajungi la o oprire temporară într-un divot de pe marginea dealului, acum ești metastabil. Dacă nimic nu te deranjează, poți rămâne în acel divot pentru totdeauna. Dar dacă cineva te ghiontește, vei cădea din divot și vei continua să cazi pe deal.
Cercetătorii au descoperit că alte entități exotice, cunoscute sub numele de monopol magnetic, pot destabiliza un șir cosmic. Monopolurile magnetice – particule magnetice pur-nord sau pur-sud – pot fi, de asemenea, creați în timpul tranzițiilor de fază ale universului timpuriu. În apropierea șirurilor cosmice, monopolurile se pot forma cu antimonopol și apoi se anihilează prompt reciproc. Energia eliberată poate tăia un șir cosmic în jumătate, declanșând un proces de destabilizare care forțează șirul cosmic să se dizolve în cele din urmă, potrivit autorilor studiului.
Pe măsură ce șirul cosmic se dizolvă, el vibrează, iar acea vibrație poate declanșa formarea undelor gravitaționale. Astfel, este posibil să nu mai rămână multe șiruri cosmice în univers, explicând de ce nu am găsit niciuna până acum – dar semnalele lor gravitaționale pot rămâne.
Într-adevăr, cercetătorii au subliniat recenta descoperire a a fundalul undelor gravitaționale ca semnal posibil al acestor corzi cosmice metastabile. Astronomii vor trebui să studieze undele de fundal mai detaliat pentru a determina dacă șirurile cosmice sau o altă sursă, cum ar fi ciocnirea găuri negreeste responsabil pentru vibrațiile slabe, care acoperă universul.