A világegyetem finomhangolása

Barrow és Tipler kimutatták, hogy az univerzum tágulása nem túl gyors és nem is lassú. Kevésbé sűrű világegyetemben a terjeszkedés megnyerte volna a gravitációt, és semmilyen szerkezet nem alakulhatott volna ki (sem csillagok, sem bolygók, sem galaxisok). A sűrűbb univerzum túl gyorsan omlott volna össze önmagában ahhoz, hogy lehetővé váljon a komplexitás kialakulása. Az univerzum sűrűsége nagyon közel van a kritikus sűrűséghez, amely biztosítja az univerzumnak ezt az ésszerű kiterjedését és az élet megjelenésével kompatibilis élettartamát. A közötti arány a sűrűsége a világegyetem és a kritikus sűrűség a sűrűség paraméter Ω, egyenlő 1 a kritikus sűrűség.

A probléma az, hogy ha Ω jelentősen különbözik az 1-től, alacsonyabb vagy magasabb, akkor ez az érték nem stabil és eltér. Ha Ω> 1, az univerzum tágulása lelassul és megfordul, és Ω a végtelen felé hajlik. Ha Ω <1, akkor az univerzum tágulása a végtelenségig folytatódik, és Ω 0 felé hajlik. Amint az Ω értéke eltér, akkor az Nagy Bumm alatt az 1 körüli rendkívül finom értéktartományban kellett lennie , 13 milliárd évvel később, a mi korunkban, még mindig elég közel van az 1-hez.

Ez az értéktartomány 10 -60 körül van az 1. körül. Ez a szám olyan kicsi, hogy Trinh Xuan Thuan kiszámította, hogy megfelel annak a valószínűségének, hogy egy íjász eltalálja az univerzum másik végén elhelyezkedő 1 cm 2 -es célpontot, amikor egyetlen nyíl a Földről, anélkül, hogy tudnánk, melyik irányban van a cél.

A legtöbb tudós szerint ezt a problémát az a kozmikus infláció oldja meg, amely közvetlenül az Ősrobbanás után következett be. Ez az időszak az infláció hatása az elsimítja a véletlenszerű térbeli görbülete az univerzum idején a Big Bang, hogy ez szinte lapos. A lapos görbület azonban definíció szerint megfelel az univerzum sűrűségének, amely megegyezik a kritikus sűrűséggel. Tehát logikus és természetes, ha a kozmikus infláció modellje helyes, hogy az Ω paraméter majdnem egyenlő volt az 1-vel a világegyetem elején. Az inflációs modellt jelenleg jól elfogadja a tudományos közösség, amely igazolt és mért előrejelzésekhez vezetett a kozmikus diffúz háttér ingadozásaival kapcsolatban .

A neutron tömege valamivel nagyobb, mint a protoné . Ez a (szabad) neutron protonokká gyors szétesését okozza, miközben a proton nagyon stabil (élettartama legalább 10 34 év). Ha ez fordítva lenne ( ), akkor a proton bomlana neutronná (amely stabil lenne), és a fúziós reakciók neutronokon alapulnának, amelyek minden tömegű csupasz magot képeznének. Az univerzum egyetlen anyaga ekkor a neutronium lenne , kémiai elemek nem képződhetnek (lásd alább), és az élet nem fejlődhet ki. mnem-mo=1.29MeV{\ displaystyle m_ {n} -m_ {p} = 1,29MeV}mnem-mo<0{\ displaystyle m_ {n} -m_ {p} <0}

Ezen túlmenően, a neutronok belsejében egy atommag nem bomlik (eltekintve béta radioaktivitás ), stabilitásának biztosításában atommagok. Ennek érdekében a kötési energiának nagyobbnak kell lennie, mint a neutron, valamint a proton és az elektron hozzáadott tömege közötti tömegkülönbség ( ). Ez újabb, ennél nagyobb , 10 MeV nagyságrendű határt ad . El{\ displaystyle El}El>mnem-(mo+me){\ displaystyle El> m_ {n} - (m_ {p} + m_ {e})}mnem-mo{\ displaystyle m_ {n} -m_ {p}} 

Végül egy másik jelenség veszélyeztetheti a protonok stabilitását: ha ( a neutrino tömege lévén ), akkor a protonok egy elektronral neutronra és neutrínóra reagálva bomlanak le. Ez 0,511 MeV alsó határt eredményez a . mnem-mo<me+mv{\ displaystyle m_ {n} -m_ {p} <m_ {e} + m _ {\ nu}}mv{\ displaystyle m _ {\ nu}} mnem-mo{\ displaystyle m_ {n} -m_ {p}}

Összefoglalva: a proton és a neutron közötti tömegkülönbségnek a tartományon belül kell lennie . 0,511MeV<mnem-mo<10.MeV{\ displaystyle 0.511MeV <m_ {n} -m_ {p} <10MeV}

Az 1,29  MeV tényleges értéke jóval ezen a tartományon belül van, ami meglehetősen széles; az érték dupla vagy akár ötszörös lehet. A részecskefizika standard modellje (beleértve az elektromos gyengeségű Higgs-teret is ) szerint a neutronok és protonok tömegüket az erős kölcsönhatásból nyerik, amely nem tesz különbséget e két részecske között: első megközelítésként, ezen elmélet szerint a neutronok és a protonok tömege azonos .
Ha figyelembe vesszük a részecskék közötti elektromos gyengeségi kölcsönhatást , elméleti számításokkal 1 és 4  MeV közötti tömegkülönbséget kapunk (az u kvark tömege ezt a tartományt adva kevéssé ismert), kompatibilis a valós értékkel. Ez a tömegkülönbség tehát a jelenlegi fizika keretein belül magyarázható, és nem kell nagyon finom értéktartományhoz igazítani.

A nehéz elemek megjelenése az univerzumban