Et internationalt hold af forskere har udviklet en revideret teori om tyngdekraften, der kunne løse et af fysikkens største mysterier: hvordan universet blev født. Den såkaldte Gravidade Quântica Quadrática søger at bygge bro mellem den generelle relativitet i Einstein og kvantemekanikken i de tidlige øjeblikke af Big Bang.
Liderado af Niayesh Afshordi, Universidade Professor i Waterloo og Instituto Perimeter, tyder undersøgelsen på, at tyngdekraften i sig selv indeholder de nødvendige ingredienser til at forklare den indledende udvidelse af kosmos uden at stole på yderligere hypotetiske begreber. Værket sætter spørgsmålstegn ved det traditionelle syn på, hvordan universet begyndte.
Problemet med Einstein-teorien
Generel relativitetsteori, udviklet af Albert Einstein i 1915, er ekstraordinært nøjagtig til at beskrive universet i store skalaer. Contudo-teorien står over for kritisk kollaps, når den anvendes på de tidlige øjeblikke af Big Bang og det indre af sorte huller.
Nessas ekstreme forhold med tæthed, temperatur og krumning, Einstein-ligningerne forudsiger en singularitet et punkt, hvor tæthed og temperatur bliver uendelig. “Dette indikerer normalt, at teorien bliver skubbet ud over, hvad der er pålideligt,” forklarer Afshordi. Generel relativitetsteori virker ganske enkelt ikke ved energier så høje som dem, der eksisterede ved fødslen af kosmos.
Cientistas har forsøgt at løse denne ufuldstændighed i årtier. Standardtilgangen har været at acceptere generel relativitetsteori og derefter tilføje ekstra lag af teori – for det meste et hypotetisk inflationsfelt – for at forklare, hvordan universet udvidede sig så hurtigt lige efter Big Bang.
Como den nye tyngdekraft virker
Forslaget fra Afshordi og hans team vender denne logik om. I stedet for at reparere den generelle relativitetsteori med yderligere ingredienser, udvidede de selve gravitationsteorien, så den forbliver konsistent selv ved ekstremt høje energier. Essa udvidelse er, hvad fysikere kalder “ultraviolet fuldstændighed.”
“Vores tilgang spørger, om noget af denne adfærd i det tidlige univers kunne komme direkte fra tyngdekraften, når den først er strakt på en måde, der opfører sig bedre ved ekstreme energier,” sagde Afshordi. Gravidade Quântica Quadrática fastholder Einstein-ligningerne som en base, men tilføjer matematiske termer, der sikrer, at teorien fungerer på enhver energiskala.
Surpreendentemente, da holdet anvendte denne udvidede tyngdekraft til Big Bang, dukkede der naturligvis en inflationslignende fase ud af ligningerne. Não skulle indtastes manuelt. “Det var imponerende, at det kunne komme ud af selve tyngdekraften,” sagde Afshordi. Modellen eliminerer også potentielt konceptet om en indledende singularitet, det umulige punkt, hvor alt ville være uendeligt.
Testes observationer i horisonten
Forskerne peger på to hovedretninger for fremtidig forskning:
- Melhorar den teoretiske forståelse af modellen og afprøvning af dens robusthed ud over de forenklede scenarier, der allerede er undersøgt
- Elaborar klare observationsforudsigelser, der adskiller denne teori fra mere konventionelle inflationsmodeller
- Procurar specifikke mønstre i primordiale gravitationsbølger
- Analisar subtile mærker i den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB), en kosmisk fossil rest af universets første lys
- Usar data fra fremtidige observationer for at bekræfte eller afkræfte hypotesen
“Dette er nogle af de få sonder, der kan fortælle os direkte om fysik i ekstremt fjerne tider,” forklarede Afshordi. Hvis fremtidige observationer opdager det korrekte mønster af primordiale gravitationsbølger, eller karakteristiske mærker på CMB forudsagt af modellen, ville det give en konkret måde at teste, om denne opfattelse af det tidlige univers er korrekt.
Ajuste med aktuelle data
Den foreslåede model passer meget godt med aktuelt tilgængelige kosmologiske data. I nogle tilfælde passer det bedre til observationer end mange standard inflationsmodeller. Isso beviser ikke, at teorien er korrekt, mere tid og observationer er nødvendige, men det giver håb om, at denne vej kan føre til ægte svar.
Kvantetyngdekraften repræsenterer den teoretiske fysiks Santo Graal. Unificar generel relativitetsteori med kvantemekanik ville udfylde et grundlæggende hul i vores forståelse af naturen. Isso ville forklare, hvordan universet fungerer på store kosmiske skalaer og også på små subatomære skalaer, hvor de to teorier er uforenelige.
Hvis Afshordi og hans teams tilgang viser sig at være korrekt, vil det ikke kun forklare Big Bang mere konsekvent. Também ville betyde, at Einstein var næsten sikker på, at hans teori kun behøvede en naturlig forlængelse for at arbejde ved virkelig ekstreme energier, uden behov for yderligere radikalt nye koncepter.