O echipă internațională de cercetători a dezvoltat o teorie revizuită a gravitației care ar putea rezolva unul dintre cele mai mari mistere ale fizicii: cum s-a născut universul. Așa-numitul Gravidade Quântica Quadrática încearcă să reducă decalajul dintre relativitatea generală a Einstein și mecanica cuantică în primele momente ale Big Bang.
Liderado de Niayesh Afshordi, Universidade Profesor de Waterloo și Instituto Perimeter, studiul sugerează că gravitația în sine conține ingredientele necesare pentru a explica expansiunea inițială a cosmosului, fără a se baza pe concepte ipotetice suplimentare. Lucrarea pune la îndoială viziunea tradițională a modului în care a început universul.
Problema cu teoria Einstein
Relativitatea generală, dezvoltată de Albert Einstein în 1915, este extraordinar de precisă în a descrie universul la scară largă. Teoria Contudo se confruntă cu colaps critic atunci când este aplicată la primele momente ale Big Bang și interioarele găurilor negre.
Nessas condiții extreme de densitate, temperatură și curbură, ecuațiile Einstein prezic o singularitate un punct în care densitatea și temperatura devin infinite. „Acest lucru indică de obicei că teoria este împinsă dincolo de ceea ce este de încredere”, explică Afshordi. Relativitatea generală pur și simplu nu funcționează la energii la fel de mari ca cele care existau la nașterea cosmosului.
Cientistas a încercat să rezolve această incompletitudine de zeci de ani. Abordarea standard a fost aceea de a accepta relativitatea generală și apoi de a adăuga straturi suplimentare de teorie – mai ales un câmp de inflație ipotetic – pentru a explica modul în care universul s-a extins atât de repede imediat după Big Bang.
Como funcționează noua gravitație
Propunerea lui Afshordi și a echipei sale inversează această logică. În loc să repare relativitatea generală cu ingrediente suplimentare, au extins teoria gravitației în sine, astfel încât să rămână consistentă chiar și la energii extrem de mari. Extensia Essa este ceea ce fizicienii numesc „completitudine ultravioletă”.
„Abordarea noastră se întreabă dacă o parte din acest comportament în universul timpuriu ar putea proveni direct din gravitație, odată ce este întins într-un mod care se comportă mai bine la energii extreme”, a spus Afshordi. Gravidade Quântica Quadrática menține ecuațiile Einstein ca bază, dar adaugă termeni matematici care asigură că teoria funcționează la orice scară de energie.
Surpreendentemente, când echipa a aplicat această gravitație extinsă la Big Bang, o fază asemănătoare inflației a apărut în mod natural din ecuații. Não trebuia introdus manual. „A fost impresionant că ar putea ieși din gravitație în sine”, a spus Afshordi. De asemenea, modelul elimină potențial conceptul de singularitate inițială, acel punct imposibil în care totul ar fi infinit.
Testes observații la orizont
Cercetătorii indică două direcții principale pentru cercetările viitoare:
- Melhorar înțelegerea teoretică a modelului și testarea robusteței acestuia dincolo de scenariile simplificate deja studiate
- Elaborar previziuni observaționale clare care disting această teorie de modelele de inflație mai convenționale
- Procurar modele specifice în undele gravitaționale primordiale
- Analisar semne subtile în fundalul cosmic cu microunde (CMB), o rămășiță fosilă cosmică a primei lumini a universului
- Date Usar din observațiile viitoare pentru a confirma sau infirma ipoteza
„Acestea sunt câteva dintre puținele sonde care ne pot spune direct despre fizică în vremuri extrem de îndepărtate”, a explicat Afshordi. Dacă observațiile viitoare detectează modelul corect al undelor gravitaționale primordiale sau semnele distinctive pe CMB prezise de model, ar oferi o modalitate concretă de a testa dacă această viziune asupra universului timpuriu este corectă.
Ajuste cu date curente
Modelul propus se potrivește foarte bine cu datele cosmologice disponibile în prezent. În unele cazuri, se potrivește mai bine observațiilor decât multe modele standard de inflație. Isso nu dovedește că teoria este corectă, este nevoie de mai mult timp și de observații, dar oferă speranță că această cale poate duce la răspunsuri autentice.
Gravitația cuantică reprezintă Santo Graal al fizicii teoretice. Unificar relativitatea generală cu mecanica cuantică ar umple un gol fundamental în înțelegerea noastră a naturii. Isso ar explica modul în care universul funcționează pe scări cosmice vaste și, de asemenea, pe scări subatomice mici, unde cele două teorii sunt incompatibile.
Dacă abordarea Afshordi și a echipei sale se dovedește a fi corectă, nu numai că va explica Big Bang mai consecvent. Também ar însemna că Einstein era aproape sigur că teoria lui avea nevoie doar de o extensie naturală pentru a lucra la energii cu adevărat extreme, fără a fi nevoie de concepte suplimentare radical noi.