Kembali di saat pertama alam semesta, semuanya terasa panas dan padat dan dalam keseimbangan yang sempurna. Tidak ada partikel seperti yang kita pahami, apalagi bintang atau bahkan ruang hampa yang menembus ruang saat ini. Seluruh ruang dipenuhi dengan hal-hal yang homogen, tanpa bentuk, dan terkompresi.
Lalu, sesuatu tergelincir. Semua stabilitas yang monoton menjadi tidak stabil. Materi menang atas sepupunya yang aneh, antimateri, dan mendominasi seluruh ruang. Awan materi itu terbentuk dan runtuh menjadi bintang, yang menjadi terorganisir menjadi galaksi. Segala sesuatu yang kita ketahui mulai ada.
Jadi, apa yang terjadi pada ujung alam semesta dari bentuknya yang tidak berbentuk?
Para ilmuwan masih belum yakin. Tetapi para peneliti telah menemukan cara baru untuk membuat model di laboratorium jenis cacat yang bisa menyebabkan ketidakseimbangan besar dari alam semesta awal. Dalam sebuah makalah baru, yang diterbitkan hari ini (16 Januari) dalam jurnal Nature Communications, para ilmuwan menunjukkan bahwa mereka dapat menggunakan helium super dingin untuk memodelkan saat-saat pertama keberadaannya - khususnya, untuk menciptakan kembali satu set kondisi yang mungkin telah ada hanya setelah Big Bang.
Itu penting karena alam semesta penuh dengan tindakan penyeimbangan yang oleh fisikawan disebut "simetri."
Beberapa contoh utama: Persamaan fisika bekerja dengan cara yang sama baik maju dan mundur dalam waktu. Ada cukup banyak partikel bermuatan positif di alam semesta untuk membatalkan semua partikel bermuatan negatif.
Tapi kadang-kadang, simetri pecah. Sebuah bola sempurna seimbang di ujung jarum jatuh satu atau lain cara. Dua sisi identik magnet terpisah menjadi kutub utara dan selatan. Materi menang atas antimateri di alam semesta awal. Partikel-partikel fundamental spesifik muncul dari ketidakberwujudan alam semesta awal dan berinteraksi satu sama lain melalui kekuatan-kekuatan yang berbeda.
"Jika kita menganggap keberadaan Dentuman Besar seperti yang diberikan, alam semesta pasti telah mengalami beberapa transisi yang menghancurkan simetri," Jere Mäkinen, penulis utama studi ini dan seorang mahasiswa doktoral di Universitas Aalto di Finlandia, mengatakan kepada Live Science.
Perlu bukti? Semua ada di sekitar kita. Setiap meja, kursi, galaksi, dan platipus bermuatan bebek adalah bukti bahwa sesuatu telah mengubah alam semesta awal dari keadaan awalnya yang datar dan menjadi kompleksitasnya saat ini. Kami di sini bukannya menjadi potensi dalam kekosongan seragam. Jadi, ada yang merusak simetri itu.
Fisikawan menyebut beberapa fluktuasi acak yang memecah simetri "cacat topologis".
Pada dasarnya, cacat topologi adalah bintik-bintik di mana sesuatu menjadi miring di bidang yang tidak seragam. Tiba-tiba timbul gangguan. Ini dapat terjadi karena gangguan dari luar, seperti dalam percobaan laboratorium. Atau itu bisa terjadi secara acak dan misterius, seperti yang diduga para ilmuwan terjadi di alam semesta awal. Sekali bentuk topoligical terbentuk, ia dapat duduk di tengah-tengah medan yang seragam, seperti batu yang menciptakan riak-riak dalam aliran yang halus.
Beberapa peneliti percaya bahwa jenis cacat topologi tertentu pada benda-benda tak berbentuk dari alam semesta awal mungkin telah memainkan peran dalam transisi pertama yang menghancurkan simetri itu. Cacat itu mungkin termasuk struktur yang disebut "setengah-kuantum vortisitas" (pola energi dan materi yang sedikit mirip pusaran air) dan "dinding yang dibatasi oleh tali" (struktur magnetik yang terbuat dari dinding dua dimensi yang terikat di kedua sisinya oleh dua satu). dimensi "string"). Struktur-struktur yang muncul secara spontan itu memengaruhi aliran materi dalam sistem-sistem yang simetris, dan beberapa peneliti menduga bahwa struktur-struktur ini memainkan peran dalam menggumpalkan alam semesta bersama-sama menjadi bintang-bintang dan galaksi yang kita lihat hari ini.
Para peneliti sebelumnya menciptakan cacat semacam ini di medan magnet gas superkonduktor dan superkonduktor di laboratorium mereka. Tetapi cacat muncul secara individual. Sebagian besar teori yang menggunakan cacat topologis untuk menjelaskan asal mula alam semesta modern melibatkan cacat "komposit", kata Mäkinen - lebih dari satu cacat bekerja bersamaan.
Mäkinen dan rekan penulisnya merancang percobaan yang melibatkan helium cair yang didinginkan hingga sebagian kecil dari tingkat di atas nol absolut dan diperas ke dalam kamar kecil. Dalam kegelapan kotak-kotak kecil itu, vortisitas setengah-kuantum muncul dalam helium yang sangat dingin.
Kemudian, para peneliti mengubah kondisi helium, menyebabkannya melalui serangkaian transisi fase antara dua jenis superfluida, atau cairan tanpa viskositas. Ini adalah transisi fase yang mirip dengan air yang berubah dari padatan menjadi cairan atau gas, tetapi dalam kondisi yang jauh lebih ekstrim.
Transisi fase menyebabkan simetri putus. Sebagai contoh, air cair penuh dengan molekul yang dapat berorientasi ke berbagai arah. Tetapi bekukan air itu, dan molekul-molekulnya terkunci pada tempatnya pada posisi tertentu. Istirahat serupa dalam simetri terjadi dengan transisi fase superfluid dalam percobaan.
Namun, setelah superfluid helium melewati fase transisi, vortisitas tetap - dilindungi oleh dinding yang dibatasi oleh string. Bersama-sama, vortisitas dan dinding membentuk cacat topologi komposit dan selamat dari fase transisi simetri. Dengan cara itu, para peneliti menulis di koran, benda-benda ini mencerminkan cacat yang beberapa teori sarankan terbentuk di awal jagat raya.
Apakah ini berarti bahwa Mäkinen dan rekan penulisnya telah mengetahui bagaimana simetri pecah di alam semesta awal? Benar-benar tidak. Model mereka hanya menunjukkan bahwa aspek-aspek tertentu dari "teori terpadu besar" tentang bagaimana alam semesta awal terbentuk dapat direplikasi di laboratorium - khususnya, bagian-bagian dari teori-teori yang melibatkan cacat topologi. Tak satu pun dari teori-teori itu diterima secara luas oleh fisikawan, dan ini semua bisa menjadi jalan buntu teoretis yang besar.
Tetapi karya Mäkinen memang membuka pintu bagi lebih banyak eksperimen untuk menyelidiki bagaimana cacat semacam ini dapat bekerja membentuk momen setelah Big Bang. Dan studi ini jelas mengajarkan para ilmuwan sesuatu yang baru tentang dunia kuantum, katanya. Pertanyaan terbuka tetap: Akankah fisikawan secara konklusif menghubungkan detail-detail ini tentang dunia kuantum kecil dengan perilaku seluruh alam semesta?
