Ученые предлагают новую гравитацию, чтобы объяснить рождение Вселенной

Международная группа исследователей разработала пересмотренную теорию гравитации, которая может раскрыть одну из величайших загадок физики: как родилась Вселенная. Так называемая квадратичная квантовая гравитация стремится преодолеть разрыв между общей теорией относительности Эйнштейна и квантовой механикой в ​​первые моменты Большого взрыва.

Исследование, проведенное под руководством Ниайеша Афшорди, профессора Университета Ватерлоо и Института Периметра, предполагает, что гравитация сама по себе содержит ингредиенты, необходимые для объяснения первоначального расширения космоса, не полагаясь на дополнительные гипотетические концепции. Работа ставит под сомнение традиционный взгляд на то, как возникла Вселенная.

Проблема с теорией Эйнштейна

Общая теория относительности, разработанная Альбертом Эйнштейном в 1915 году, чрезвычайно точно описывает Вселенную в больших масштабах. Однако теория терпит критический крах, если ее применить к первым моментам Большого взрыва и недрам черных дыр.

В этих экстремальных условиях плотности, температуры и кривизны уравнения Эйнштейна предсказывают сингулярность — точку, в которой плотность и температура становятся бесконечными. «Обычно это указывает на то, что теория выходит за рамки надежности», — объясняет Афшорди. Общая теория относительности просто не работает при таких высоких энергиях, как те, которые существовали при зарождении космоса.

Ученые пытались решить эту неполноту на протяжении десятилетий. Стандартный подход заключался в том, чтобы принять общую теорию относительности, а затем добавить дополнительные уровни теории (в основном гипотетическое инфляционное поле) для объяснения того, как Вселенная так быстро расширилась сразу после Большого взрыва.

Как работает новая гравитация

Предложение Афшорди и его команды меняет эту логику. Вместо того, чтобы исправлять общую теорию относительности с помощью дополнительных ингредиентов, они расширили саму теорию гравитации, так что она остается последовательной даже при чрезвычайно высоких энергиях. Это расширение и есть то, что физики называют «ультрафиолетовой полнотой».

«Наш подход заключается в том, может ли часть такого поведения в ранней Вселенной быть вызвана непосредственно гравитацией, если она растянется таким образом, что будет лучше вести себя при экстремальных энергиях», — сказал Афшорди. Квадратичная квантовая гравитация сохраняет в качестве основы уравнения Эйнштейна, но добавляет математические термины, которые гарантируют, что теория работает в любом масштабе энергии.

Leia Também

Лондонская полиция арестовала подозреваемого в нанесении ножевых ранений членам еврейской общины в Голдерс-Грин

Microsoft переформулирует игровой сервис, добавив три новые подписки и расширив доступ через облако

Samsung раскрывает новую форму Galaxy Z Fold 8 Wide в просочившихся прототипах

Удивительно, но когда команда применила эту расширенную гравитацию к Большому взрыву, из уравнений естественным образом возникла фаза, подобная инфляции. Его не нужно было вводить вручную. «Было удивительно, что он мог возникнуть из-за самой гравитации», — сказал Афшорди. Модель также потенциально исключает концепцию начальной сингулярности, той невозможной точки, где все было бы бесконечным.

Наблюдательные испытания на горизонте

Исследователи указывают на два основных направления будущих исследований:

• Улучшить теоретическое понимание модели и проверить ее надежность за пределами уже изученных упрощенных сценариев.
• Разработать четкие прогнозы наблюдений, которые позволят отличить эту теорию от более традиционных моделей инфляции.
• Поиск конкретных закономерностей в первичных гравитационных волнах
• Анализируйте тонкие следы космического микроволнового фона (CMB), космического окаменелого остатка первого света Вселенной.
• Используйте данные будущих наблюдений, чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезу.

«Это одни из немногих зондов, которые могут напрямую рассказать нам о физике в чрезвычайно отдаленные времена», — объяснил Афшорди. Если будущие наблюдения обнаружат правильную структуру первичных гравитационных волн или отличительные знаки на реликтовом излучении, предсказанные моделью, это предоставит конкретный способ проверить, верен ли этот взгляд на раннюю Вселенную.

Соответствует текущим данным

Предложенная модель очень хорошо согласуется с имеющимися в настоящее время космологическими данными. В некоторых случаях она лучше соответствует наблюдениям, чем многие стандартные модели инфляции. Это не доказывает, что теория верна, необходимо больше времени и наблюдений, но вселяет надежду, что этот путь может привести к подлинным ответам.

Квантовая гравитация представляет собой Святой Грааль теоретической физики. Объединение общей теории относительности с квантовой механикой заполнило бы фундаментальный пробел в нашем понимании природы. Это могло бы объяснить, как работает Вселенная в огромных космических масштабах, а также в крошечных субатомных масштабах, где эти две теории несовместимы.

Если подход Афшорди и его команды окажется правильным, он не только более последовательно объяснит Большой Взрыв. Это также означало бы, что Эйнштейн был почти уверен, что его теория нуждалась лишь в естественном расширении, чтобы работать при действительно экстремальных энергиях, без необходимости в дополнительных радикально новых концепциях.