นักวิทยาศาสตร์เสนอแรงโน้มถ่วงใหม่เพื่ออธิบายการกำเนิดของจักรวาล

ทีมนักวิจัยนานาชาติได้พัฒนาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ ซึ่งสามารถไขปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของฟิสิกส์เรื่องหนึ่ง นั่นคือ จักรวาลกำเนิดได้อย่างไร สิ่งที่เรียกว่าแรงโน้มถ่วงควอนตัมกำลังสองพยายามเชื่อมช่องว่างระหว่างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์กับกลศาสตร์ควอนตัมในช่วงเวลาแรกของบิกแบง

การศึกษานี้นำโดย Niayesh Afshordi ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูและสถาบันปริมณฑล การศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงนั้นมีส่วนประกอบที่จำเป็นในการอธิบายการขยายตัวครั้งแรกของจักรวาล โดยไม่ต้องอาศัยแนวคิดสมมุติฐานเพิ่มเติม งานนี้ตั้งคำถามถึงมุมมองดั้งเดิมว่าจักรวาลเริ่มต้นอย่างไร

ปัญหากับทฤษฎีของไอน์สไตน์

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งพัฒนาโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในปี 1915 มีความแม่นยำเป็นพิเศษในการอธิบายจักรวาลในวงกว้าง อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้เผชิญกับการล่มสลายครั้งใหญ่เมื่อนำไปใช้กับช่วงแรกของบิกแบงและภายในหลุมดำ

ภายใต้สภาวะความหนาแน่น อุณหภูมิ และความโค้งที่รุนแรง สมการของไอน์สไตน์ทำนายภาวะเอกภาวะ ณ จุดที่ความหนาแน่นและอุณหภูมิไม่มีที่สิ้นสุด “สิ่งนี้มักจะบ่งชี้ว่าทฤษฎีนี้ถูกผลักดันไปเกินกว่าสิ่งที่น่าเชื่อถือ” Afshordi อธิบาย ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปไม่ได้ทำงานที่พลังงานที่สูงเท่ากับพลังงานที่มีอยู่ตั้งแต่กำเนิดจักรวาล

นักวิทยาศาสตร์พยายามแก้ไขความไม่สมบูรณ์นี้มานานหลายทศวรรษ แนวทางมาตรฐานคือการยอมรับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแล้วเพิ่มชั้นของทฤษฎีเพิ่มเติม—ส่วนใหญ่เป็นสนามเงินเฟ้อสมมุติ—เพื่ออธิบายว่าจักรวาลขยายตัวอย่างรวดเร็วหลังบิกแบงได้อย่างไร

แรงโน้มถ่วงใหม่ทำงานอย่างไร

ข้อเสนอของอัฟชอร์ดีและทีมของเขากลับตรงกันข้ามกับตรรกะนี้ แทนที่จะซ่อมแซมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปด้วยส่วนผสมเพิ่มเติม ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงได้ขยายออกไปเพื่อให้ทฤษฎีมีความสม่ำเสมอแม้ในระดับพลังงานสูงมากก็ตาม ส่วนขยายนี้เป็นสิ่งที่นักฟิสิกส์เรียกว่า “ความสมบูรณ์ของรังสีอัลตราไวโอเลต”

“แนวทางของเราถามว่าพฤติกรรมบางอย่างในเอกภพยุคแรกๆ อาจมาจากแรงโน้มถ่วงโดยตรงหรือไม่ เมื่อมันถูกยืดออกไปในลักษณะที่จะประพฤติตัวดีขึ้นเมื่อมีพลังงานสุดขั้ว” อัฟชอร์ดีกล่าว แรงโน้มถ่วงควอนตัมกำลังสองจะเก็บสมการของไอน์สไตน์ไว้เป็นฐาน แต่เพิ่มคำศัพท์ทางคณิตศาสตร์เข้าไปเพื่อให้แน่ใจว่าทฤษฎีจะใช้ได้ในระดับพลังงานใดก็ได้

Leia Também

ตำรวจลอนดอนจับกุมผู้ต้องสงสัยก่อเหตุแทงสมาชิกชุมชนชาวยิวในเมืองโกลเดอร์ส กรีน

Microsoft ปรับปรุงบริการเกมใหม่ด้วยการสมัครสมาชิกใหม่ 3 รายการและขยายการเข้าถึงผ่านระบบคลาวด์

Samsung เผยรูปทรงใหม่ของ Galaxy Z Fold 8 Wide ในต้นแบบที่หลุดออกมา

น่าแปลกที่เมื่อทีมงานใช้แรงโน้มถ่วงที่ขยายออกไปนี้กับบิกแบง สมการก็จะเกิดระยะคล้ายเงินเฟ้อขึ้นมาโดยธรรมชาติ ไม่จำเป็นต้องป้อนด้วยตนเอง “มันน่าทึ่งมากที่มันสามารถโผล่ออกมาจากแรงโน้มถ่วงได้” อัฟชอร์ดีกล่าว แบบจำลองนี้อาจขจัดแนวคิดเรื่องเอกภาวะเริ่มต้น ซึ่งเป็นจุดที่เป็นไปไม่ได้ซึ่งทุกสิ่งจะไม่มีที่สิ้นสุด

การทดสอบเชิงสังเกตการณ์บนขอบฟ้า

นักวิจัยชี้ให้เห็นถึงสองทิศทางหลักสำหรับการวิจัยในอนาคต:

• ปรับปรุงความเข้าใจทางทฤษฎีของแบบจำลองและทดสอบความทนทานนอกเหนือจากสถานการณ์จำลองที่ศึกษาอยู่แล้ว
• พัฒนาการคาดการณ์เชิงสังเกตที่ชัดเจน ซึ่งทำให้ทฤษฎีนี้แตกต่างจากแบบจำลองอัตราเงินเฟ้อทั่วไป
• ค้นหารูปแบบเฉพาะในคลื่นความโน้มถ่วงยุคแรกเริ่ม
• วิเคราะห์เครื่องหมายเล็กๆ น้อยๆ ในพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก (CMB) ซึ่งเป็นฟอสซิลจักรวาลที่เหลืออยู่ของแสงแรกของจักรวาล
• ใช้ข้อมูลจากข้อสังเกตในอนาคตเพื่อยืนยันหรือหักล้างสมมติฐาน

“นี่คือตัวอย่างบางส่วนที่สามารถบอกเราโดยตรงเกี่ยวกับฟิสิกส์ในช่วงเวลาที่ห่างไกลมาก” อัฟชอร์ดีอธิบาย หากการสังเกตการณ์ในอนาคตตรวจพบรูปแบบที่ถูกต้องของคลื่นความโน้มถ่วงในยุคแรกเริ่ม หรือเครื่องหมายพิเศษบน CMB ที่แบบจำลองคาดการณ์ไว้ ก็จะให้วิธีที่เป็นรูปธรรมในการทดสอบว่ามุมมองของเอกภพยุคแรกนี้ถูกต้องหรือไม่

เหมาะสมกับข้อมูลปัจจุบัน

แบบจำลองที่นำเสนอนี้เข้ากันได้เป็นอย่างดีกับข้อมูลทางจักรวาลวิทยาที่มีอยู่ในปัจจุบัน ในบางกรณี อาจเหมาะกับการสังเกตได้ดีกว่าแบบจำลองอัตราเงินเฟ้อมาตรฐานหลายๆ แบบ นี่ไม่ได้พิสูจน์ว่าทฤษฎีนั้นถูกต้อง ต้องใช้เวลาและการสังเกตมากขึ้น แต่ให้ความหวังว่าเส้นทางนี้สามารถนำไปสู่คำตอบที่แท้จริงได้

แรงโน้มถ่วงควอนตัมแสดงถึงจอกศักดิ์สิทธิ์ของฟิสิกส์เชิงทฤษฎี การรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเข้ากับกลศาสตร์ควอนตัมจะช่วยเติมเต็มช่องว่างพื้นฐานในการทำความเข้าใจธรรมชาติของเรา สิ่งนี้จะอธิบายได้ว่าจักรวาลทำงานอย่างไรในระดับจักรวาลอันกว้างใหญ่และในระดับย่อยอะตอมเล็ก ๆ ซึ่งทั้งสองทฤษฎีเข้ากันไม่ได้

หากแนวทางของ Afshordi และทีมของเขาถูกต้อง จะไม่เพียงแต่อธิบาย Big Bang ได้สม่ำเสมอมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ยังหมายความว่าไอน์สไตน์เกือบจะแน่ใจว่าทฤษฎีของเขาต้องการเพียงส่วนขยายตามธรรมชาติเท่านั้นในการทำงานที่ใช้พลังงานสุดขีดอย่างแท้จริง โดยไม่จำเป็นต้องมีแนวคิดใหม่ที่รุนแรงเพิ่มเติม