Rewolucja w fizyce: XIX-wieczna hipoteza Kelvina powraca w nowej odsłonie
W świecie nauki rzadko zdarza się, by zapomniane koncepcje z przeszłości nagle odzyskiwały aktualność. Tymczasem właśnie to stało się z rewolucyjną hipotezą Lorda Kelvina z 1867 roku, która po ponad 150 latach nieobecności w głównym nurcie fizyki, powraca w zupełnie nowym kontekście.
Atom jako kosmiczny węzeł
Lord Kelvin, jeden z najwybitniejszych fizyków XIX wieku, zaproponował niegdyś wizję atomów jako skomplikowanych splotów w hipotetycznym eterze. Jego teoria zakładała, że różne pierwiastki chemiczne odpowiadają różnym typom węzłów matematycznych w tej fundamentalnej substancji. Choć koncepcja ta szybko straciła na znaczeniu wraz z odkryciem prawdziwej struktury atomu przez Rutherforda i Bohra, teraz japońscy naukowcy z Uniwersytetu Hiroszimy przywracają ją do życia.
„Kelvin wyprzedził swoją epokę o ponad stulecie. Jego intuicja dotycząca roli topologii w fizyce okazuje się zaskakująco trafna w kontekście współczesnych badań nad pochodzeniem materii” – twierdzi profesor Takashi Nakamura, lider zespołu badawczego.
Nowe spojrzenie na starą teorię
Zespół z Hiroszimy odkrył, że koncepcja węzłów może pomóc rozwiązać jedną z najbardziej frustrujących zagadek współczesnej kosmologii – asymetrię materii i antymaterii we Wszechświecie. Według standardowego modelu fizyki cząstek, Wielki Wybuch powinien wytworzyć równą ilość materii i antymaterii, które następnie miałyby się wzajemnie anihilować. Tymczasem obserwacje wskazują, że Wszechświat zdominowany jest przez materię.
Topologia kluczem do rozwiązania zagadki
Naukowcy sugerują, że topologiczne defekty w strukturze czasoprzestrzeni – swoiste „kosmiczne węzły” – mogły odegrać kluczową rolę w procesie bariogenezy, czyli powstawania asymetrii między materią a antymaterią. Te stabilne konfiguracje pola kwantowego mogły działać jak katalizatory preferujące powstawanie materii nad antymaterią.
„Węzły topologiczne w polu Higgsa lub innych polach fundamentalnych mogły stworzyć warunki sprzyjające procesom łamiącym symetrię CP” – wyjaśnia dr Yuki Watanabe, współautorka badań.
Eksperymentalne potwierdzenie
Chociaż bezpośrednie obserwacje takich kosmicznych węzłów pozostają wyzwaniem, ich istnienie mogłoby wyjaśniać kilka niezrozumiałych dotąd zjawisk astrofizycznych. Badacze wskazują na możliwe ślady takich struktur w:
- Anizotropii mikrofalowego promieniowania tła
- Dziwnych fluktuacjach w rozkładzie galaktyk
- Nietypowych źródłach promieniowania grawitacyjnego
- Zrozumienia natury ciemnej materii
- Wyjaśnienia mechanizmów inflacji kosmologicznej
- Opracowania kompletnej teorii kwantowej grawitacji
Najnowsze symulacje komputerowe przeprowadzone przez zespół z Hiroszimy pokazują, jak takie topologiczne defekty mogły wpływać na ewolucję Wszechświata w jego najwcześniejszych etapach.
Przyszłość badań nad kosmicznymi węzłami
Powrót do koncepcji Kelvina nie oznacza oczywiście powrotu do XIX-wiecznego rozumienia fizyki. Współczesna interpretacja wykorzystuje zaawansowany aparat matematyczny teorii pola i kosmologii kwantowej. Naukowcy podkreślają, że zrozumienie natury tych kosmicznych węzłów może mieć fundamentalne znaczenie dla:
„To fascynujące, jak pomysły sprzed półtora wieku mogą inspirować współczesne badania nad najbardziej fundamentalnymi pytaniami o pochodzenie Wszechświata” – podsumowuje profesor Nakamura.
Foto: www.unsplash.com
