معمای بزرگ فیزیک؛ چرا جهان از هیچ ساخته نشد؟

به گزارش سیتنا، چرا چیزی وجود دارد؟ و چرا به جای «هیچ»، «چیزی» هست؟ نظریه رایج درباره چگونگی آغاز جهان، نظریه مه‌بانگ است. بر اساس این نظریه، حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش، انفجاری از رشد، ماده، فضا و زمان را ایجاد کرد. و مه‌بانگ نه تنها ماده، بلکه ضدماده نیز به وجود آورد.

ماده و ضدماده هنگام برخورد یکدیگر را نابود می‌کنند و انرژی آزاد می‌سازند. اگر جهان اولیه مقادیر مساوی از هر دو را در خود داشت، باید یکدیگر را از بین می‌بردند و جهانی پر از انرژی اما بدون ستاره، سیاره یا انسان برجای می‌گذاشتند.

اما در ۲۰ اکتبر ۲۰۲۶، فیزیک‌دانان دانشگاه ساوت‌همپتون و مؤسسه فناوری هند کانپور اعلام کردند نظریه جدیدی برای توضیح چرایی وجود همه چیز — از جمله ما — دارند. آن‌ها گفتند یک ذره اغلب فراموش‌شده، نوترینوی سنگین جدا شده، ممکن است توضیح دهد چگونه ماده در جهان اولیه غالب شد.

ریشاو روشان، هم‌نویسنده این پژوهش از دانشگاه ساوت‌همپتون، گفت: «این نوترینوی سنگین جدا شده مدت‌ها به عنوان یک جزئیات پس‌زمینه بی‌ربط در فیزیک ذرات رد می‌شد. با این حال، این ذره به‌طور باورنکردنی کند واپاشی می‌شود. با سرد شدن کیهان پس از مه‌بانگ، این ذره به اندازه کافی عمر کرد که به‌طور موقت چگالی انرژی جهان را در دست بگیرد و دوره‌ای با غلبه ماده را آغاز کند.»

این پژوهشگران مقاله داوری‌شده خود را در ۸ سپتامبر ۲۰۲۶ در نشریه Physical Review Letters منتشر کردند.

نوترینوی سنگین جدا شده چیست؟

نوترینوها ذرات زیراتمی کوچکی هستند که بار الکتریکی ندارند و تقریباً جرمی ندارند. آن‌ها به ندرت با ماده دیگر برهم‌کنش می‌کنند. تریلیون‌ها نوترینو هر ثانیه بدون اینکه متوجه شوید از بدن شما عبور می‌کنند. دانشمندان گاهی آن‌ها را «ذرات روح» می‌نامند زیرا تشخیصشان بسیار دشوار است.

نوترینوی سنگین جدا شده یک ذره نظری است که به‌طور باورنکردنی پرجرم است و واپاشی کندی دارد. به آن «راست‌گرد» می‌گویند زیرا اسپین کوانتومی آن با جهت حرکتش هم‌راستا است. این ذره فقط به‌طور ضعیف با ذرات دیگر برهم‌کنش می‌کرد، بنابراین می‌توانست مدت طولانی در جهان اولیه زنده بماند.

و چون این ذره بیشتر از ذرات دیگر دوام می‌آورد، می‌توانست چگالی انرژی جهان اولیه در حال سرد شدن را در دست بگیرد. این امر به آن اجازه می‌داد تعادل را به سمت جهانی با غلبه ماده تغییر دهد.

بازگشت به آغاز

در لحظات پس از مه‌بانگ، جهان به‌شدت داغ و متراکم بود. با انبساط آن، سرد شد و به ذرات اجازه داد برهم‌کنش کنند و به‌تدریج بلوک‌های سازنده جهان امروز را تشکیل دهند.

پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که نوترینوی سنگین می‌توانست به اندازه کافی عمر کند تا به‌طور موقت بر انرژی جهان غالب شود. این امر سرعت انبساط جهان و نحوه تحول دمای آن را تغییر می‌داد.

روشان گفت: «نوترینوی جدا شده دمای جهان اولیه را تغییر داد؛ دمایی که در آن ذرات بنیادی — مانند الکترون‌ها و سایر لپتون‌ها — با کمک بوزون هیگز مدل استاندارد با پادذرات خود برهم‌کنش می‌کردند. این دما مانند کلیدی عمل می‌کند که نحوه شکل‌گیری عدم تعادل ماده-ضدماده را تعیین می‌کند.»

نگاهی جدید به جهان اولیه

پژوهشگران گفتند نوترینوی سنگین جدا شده می‌توانست تاریخ انبساط جهان را به‌طور عمیقی تغییر دهد. آن‌ها گفتند این نوترینوهای ویژه علاوه بر برهم‌کنش‌های ماده و ضدماده، می‌توانستند بر تولید ماده تاریک و تولید امواج گرانشی اولیه نیز تأثیر بگذارند.

سودیپتا شو، هم‌نویسنده این پژوهش از مؤسسه فناوری هند کانپور، گفت: «این نظریه توضیح جدیدی برای چگونگی پیروزی ماده ارائه می‌دهد. تغییر چشمگیر در انبساط اولیه کیهان، اثرهای متمایز اما قابل تشخیصی برجای می‌گذارد، برای مثال بر امواج گرانشی اولیه. این امضای امواج گرانشی راه‌های جدیدی برای رمزگشایی تحول جهان اولیه پس از مه‌بانگ باز می‌کند.»

آیا این پاسخ به سؤال «چرا چیزی وجود دارد» است؟

برای حالا، این یک نظریه جذاب است اما پاسخی قطعی نیست. با این حال، ممکن است ما را یک قدم به درک این موضوع نزدیک‌تر کند که چرا جهان «چیزی» دارد به جای «هیچ».

چرا چیزی وجود دارد؟ نظریه جدید فیزیک‌دانان نشان می‌دهد یک ذره فراموش‌شده، نوترینوی سنگین جدا شده، ممکن است تعادل بین ماده و ضدماده را تغییر داده باشد.

انتهای پیام