Μια διεθνής ομάδα ερευνητών ανέπτυξε μια αναθεωρημένη θεωρία της βαρύτητας που θα μπορούσε να λύσει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της φυσικής: πώς γεννήθηκε το σύμπαν. Το λεγόμενο Gravidade Quântica Quadrática επιδιώκει να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ της γενικής σχετικότητας του Einstein και της κβαντικής μηχανικής στις πρώτες στιγμές του Big Bang.
Liderado από τον Niayesh Afshordi, Universidade Καθηγητή των Waterloo και Instituto Perimeter, η μελέτη προτείνει ότι η ίδια η βαρύτητα περιέχει τα απαραίτητα συστατικά για να εξηγήσει την αρχική διαστολή του σύμπαντος, χωρίς να βασίζεται σε πρόσθετες υποθετικές έννοιες. Το έργο αμφισβητεί την παραδοσιακή άποψη για το πώς ξεκίνησε το σύμπαν.
Το πρόβλημα με τη θεωρία Einstein
Η Γενική Σχετικότητα, που αναπτύχθηκε από τον Albert Einstein το 1915, είναι εξαιρετικά ακριβής στην περιγραφή του σύμπαντος σε μεγάλες κλίμακες. Η θεωρία Contudo αντιμετωπίζει κρίσιμη κατάρρευση όταν εφαρμόζεται στις πρώτες στιγμές του Big Bang και στο εσωτερικό των μαύρων τρυπών.
Nessas ακραίες συνθήκες πυκνότητας, θερμοκρασίας και καμπυλότητας, οι εξισώσεις Einstein προβλέπουν μια ιδιομορφία ένα σημείο όπου η πυκνότητα και η θερμοκρασία γίνονται άπειρες. «Αυτό συνήθως δείχνει ότι η θεωρία ωθείται πέρα από αυτό που είναι αξιόπιστο», εξηγεί ο Afshordi. Η γενική σχετικότητα απλά δεν λειτουργεί σε ενέργειες τόσο υψηλές όσο αυτές που υπήρχαν κατά τη γέννηση του Κόσμου.
Το Cientistas προσπαθεί να επιλύσει αυτήν την ανεπάρκεια εδώ και δεκαετίες. Η τυπική προσέγγιση ήταν να αποδεχτεί κανείς τη γενική σχετικότητα και στη συνέχεια να προσθέσει επιπλέον στρώματα θεωρίας – κυρίως ένα υποθετικό πεδίο πληθωρισμού – για να εξηγήσει πώς το σύμπαν επεκτάθηκε τόσο γρήγορα αμέσως μετά το Big Bang.
Como η νέα βαρύτητα λειτουργεί
Η πρόταση του Afshordi και της ομάδας του αντιστρέφει αυτή τη λογική. Αντί να επιδιορθώσουν τη γενική σχετικότητα με πρόσθετα συστατικά, επέκτειναν την ίδια τη θεωρία της βαρύτητας έτσι ώστε να παραμένει συνεπής ακόμη και σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες. Η επέκταση Essa είναι αυτό που οι φυσικοί αποκαλούν «πληρότητα υπεριώδους».
“Η προσέγγισή μας ρωτά εάν μέρος αυτής της συμπεριφοράς στο πρώιμο σύμπαν θα μπορούσε να προέλθει απευθείας από τη βαρύτητα, αφού τεντωθεί με τρόπο που συμπεριφέρεται καλύτερα σε ακραίες ενέργειες”, δήλωσε ο Afshordi. Το Gravidade Quântica Quadrática διατηρεί τις εξισώσεις Einstein ως βάση, αλλά προσθέτει μαθηματικούς όρους που διασφαλίζουν ότι η θεωρία λειτουργεί σε οποιαδήποτε ενεργειακή κλίμακα.
Surpreendentemente, όταν η ομάδα εφάρμοσε αυτήν την εκτεταμένη βαρύτητα στο Big Bang, μια φάση που μοιάζει με πληθωρισμό προέκυψε φυσικά από τις εξισώσεις. Το Não έπρεπε να εισαχθεί χειροκίνητα. «Ήταν εντυπωσιακό ότι μπορούσε να αναδυθεί από την ίδια τη βαρύτητα», είπε ο Afshordi. Το μοντέλο εξαλείφει επίσης δυνητικά την έννοια της αρχικής ιδιομορφίας, αυτό το αδύνατο σημείο όπου όλα θα ήταν άπειρα.
Testes παρατηρήσεις στον ορίζοντα
Οι ερευνητές επισημαίνουν δύο βασικές κατευθύνσεις για μελλοντική έρευνα:
- Melhorar τη θεωρητική κατανόηση του μοντέλου και τη δοκιμή της ευρωστίας του πέρα από τα απλουστευμένα σενάρια που έχουν ήδη μελετηθεί
- Elaborar σαφείς παρατηρητικές προβλέψεις που διακρίνουν αυτή τη θεωρία από πιο συμβατικά μοντέλα πληθωρισμού
- Procurar ειδικά μοτίβα σε αρχέγονα βαρυτικά κύματα
- Analisar λεπτά σημάδια στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB), ένα κοσμικό απολιθωμένο κατάλοιπο του πρώτου φωτός του σύμπαντος
- Usar δεδομένα από μελλοντικές παρατηρήσεις για επιβεβαίωση ή διάψευση της υπόθεσης
«Αυτοί είναι μερικοί από τους λίγους ανιχνευτές που μπορούν να μας πουν απευθείας για τη φυσική σε εξαιρετικά απομακρυσμένους χρόνους», εξήγησε ο Afshordi. Εάν οι μελλοντικές παρατηρήσεις ανιχνεύσουν το σωστό μοτίβο αρχέγονων βαρυτικών κυμάτων ή διακριτικά σημάδια στο CMB που προβλέπονται από το μοντέλο, θα παρείχε έναν συγκεκριμένο τρόπο για να ελεγχθεί εάν αυτή η άποψη του πρώιμου σύμπαντος είναι σωστή.
Ajuste με τρέχοντα δεδομένα
Το προτεινόμενο μοντέλο ταιριάζει πολύ καλά με τα διαθέσιμα σήμερα κοσμολογικά δεδομένα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ταιριάζει καλύτερα στις παρατηρήσεις από πολλά τυπικά μοντέλα πληθωρισμού. Το Isso δεν αποδεικνύει ότι η θεωρία είναι σωστή, χρειάζεται περισσότερος χρόνος και παρατηρήσεις, αλλά προσφέρει ελπίδα ότι αυτή η διαδρομή μπορεί να οδηγήσει σε γνήσιες απαντήσεις.
Η κβαντική βαρύτητα αντιπροσωπεύει το Santo Graal της θεωρητικής φυσικής. Η Unificar γενική σχετικότητα με την κβαντομηχανική θα κάλυπτε ένα θεμελιώδες κενό στην κατανόησή μας για τη φύση. Το Isso θα εξηγούσε πώς λειτουργεί το σύμπαν σε τεράστιες κοσμικές κλίμακες και επίσης σε μικροσκοπικές υποατομικές κλίμακες όπου οι δύο θεωρίες είναι ασυμβίβαστες.
Εάν η προσέγγιση του Afshordi και της ομάδας του αποδειχθεί σωστή, δεν θα εξηγήσει μόνο το Big Bang με μεγαλύτερη συνέπεια. Το Também θα σήμαινε ότι ο Einstein ήταν σχεδόν σίγουρος ότι η θεωρία του χρειαζόταν μόνο μια φυσική επέκταση για να λειτουργήσει σε πραγματικά ακραίες ενέργειες, χωρίς την ανάγκη για πρόσθετες ριζικά νέες έννοιες.