Kāda ir saistība starp daļiņu fiziku un kosmoloģiju?

Atšķirībā no sarežģītajām sistēmām uz Zemes, kuras daudz var aprakstīt, izmantojot augstāka līmeņa skaidrojumus, nevis īpašības, kas izriet no zemākajiem līmeņiem, starpgalaktikas un kosmoloģiskās parādības ir salīdzinoši vienkāršākas. Piemēram, lielajos kosmosa attālumos tikai vienam no četriem dabas spēkiem ir reāla ietekme: gravitācijai. Lai gan zvaigznes un galaktikas atrodas ļoti tālu un daudzkārt lielākas par mums pašiem, mums ir ārkārtīgi precīzs priekšstats par to darbību, kas izriet no fundamentālajiem fizikālajiem likumiem, kas nosaka to veidojošās daļiņas.

Kosmoloģijas joma, kas visciešāk saistīta ar daļiņu fiziku, ir Lielā sprādziena izpēte, gigantisks sprādziens, kas radīja visu Visuma matēriju un laiku, no kura sastāv pats Visums. Lielais sprādziens sākās kā punkts ar gandrīz bezgalīgu blīvumu un nulles tilpumu: singularitāte. Pēc tam tas ātri paplašinājās līdz atoma kodola izmēram, kur tiek izmantota daļiņu fizika. Lai saprastu, kā lielā sprādziena agrākie brīži ietekmēja Visumu, kāds tas ir šodien, mums ir jāizmanto tas, ko mēs zinām par daļiņu fiziku, lai izveidotu ticamus kosmoloģiskos modeļus.

Viena no motivācijām arvien jaudīgāku daļiņu paātrinātāju radīšanai ir veikt eksperimentus, kas simulē fiziskos apstākļus pēc iespējas agrākā Visuma vēsturē, kad viss bija ļoti kompakts un karsts. Kosmologiem jābūt labi pārzinātiem daļiņu fizikā, lai sniegtu nozīmīgu ieguldījumu šajā jomā.

Vēl viena atslēga, lai izprastu attiecības starp daļiņu fiziku un kosmoloģiju, ir aplūkot melno caurumu izpēti. Melno caurumu fizikālās īpašības ir svarīgas kosmosa ilgtermiņa nākotnei. Melnie caurumi ir sabrukušas zvaigznes ar tik milzīgu gravitāciju, ka pat gaisma nevar izkļūt no to tvēriena. Kādu laiku tika uzskatīts, ka melnie caurumi neizstaro starojumu un būtu bijuši mūžīgi, fiziķu paradokss. Bet Stīvens Hokings, pamatojoties uz daļiņu fizikas atziņām, teorētiski izvirzīja, ka melnie caurumi patiešām izstaro starojumu, kas pēc tam tika nosaukts par Hokinga starojumu.

Daļiņu fizika ir ļoti svarīga arī tumšās matērijas, neredzamās matērijas, kuras esamība ir zināma, pateicoties tās gravitācijas ietekmei uz redzamo matēriju, un tumšās enerģijas, noslēpumaina spēka, kas caurstrāvo Visumu un izraisa tā izplešanās paātrināšanos, izpētē. Tie ir mūsdienu kosmoloģijas galvenie jautājumi.