Ученые предлагают квантовую гравитацию объяснить рождение Вселенной

Исследователи под руководством Ниайеша Афшорди из Университета Ватерлоо представили новую теорию, которая может раскрыть одну из величайших загадок физики: что произошло в первые моменты Большого взрыва. Предложение, получившее название «квадратичная квантовая гравитация», бросает вызов общей теории относительности Эйнштейна, предполагая, что гравитация, если ее расширить до чрезвычайно высоких энергий, может объяснить рождение космоса без необходимости в бесконечных сингулярностях.

Общая теория относительности, разработанная более века назад, прекрасно работает во многих ситуациях. Но применительно к Большому взрыву это с треском проваливается. В этот момент теория предсказывает невозможные условия: бесконечную плотность, кривизну и температуру. По мнению Афшорди, это указывает на то, что Эйнштейн что-то упустил из своего уравнения.

Неполнота классической гравитации

Традиционная теория Большого взрыва начинается с гравитации Эйнштейна, а затем добавляет дополнительные ингредиенты, в основном гипотетическое «поле инфляции», чтобы объяснить первоначальное быстрое расширение Вселенной. Это все равно, что залатать дыру в неадекватной теории.

Работа команды задается вопросом, может ли часть такого поведения быть вызвана непосредственно самой гравитацией, если ее распространить на работу при чрезвычайно высоких энергиях. Вместо того, чтобы рассматривать Большой взрыв как точку, в которой уравнения терпят неудачу, исследователи изучают теорию, в которой гравитация уже содержит необходимые ингредиенты для последовательного описания этой ультра-первоначальной фазы.

Афшорди объяснил концепцию «ультрафиолетовой полноты»: теории, которая остается полной и непротиворечивой даже при сколь угодно высоких энергиях. Предложенное командой расширение восстанавливает модель ранней космической инфляции, потенциально устраняя проблемную концепцию ранней сингулярности.

Как работает теория

Квадратичная квантовая гравитация фундаментально переопределяет наше понимание силы, которая управляет космосом в его мельчайших масштабах. Теория очень хорошо соответствует текущим данным наблюдений, в некоторых случаях лучше, чем многие стандартные инфляционные модели.

Что больше всего удивило исследователей, так это то, насколько естественно возникла фаза, подобная инфляции, когда теория рассматривалась в последовательном контексте высоких энергий. Обычно ученые думают об инфляции как о чем-то, что нужно добавить к гравитации. Здесь оно естественным образом возникает из-за самой гравитации.

Leia Também

CAOA Chery продвигается в розничной торговле и оказывает давление на Hyundai и Honda в апреле

Toyota GR Yaris Morizo ​​RR получает специальный режим и эксклюзивный гоночный внешний вид

Где посмотреть матч Аль-Файха против Аль-Рияда в 31-м туре Саудовской Профессиональной лиги

• Квадратичная квантовая гравитация сохраняет постоянство при произвольно высоких энергиях.
• Восстанавливает исходную модель космической инфляции без сингулярностей.
• Хорошо согласуется с текущими данными наблюдений
• Уменьшает потребность в дополнительных предположениях о ранней Вселенной.
• Предлагает более элегантный подход к проблеме космического происхождения.

Наблюдательные испытания в будущем

Следующий шаг команды — улучшить прогнозы наблюдений модели и тщательно сравнить их с будущими данными. Исследования проводятся по двум основным направлениям: теоретическому и наблюдательному.

На теоретическом фронте исследователи хотят более полно понять структуру квантовой гравитации и проверить надежность выводов за пределами изученного ими упрощенного сценария. С точки зрения наблюдений им необходимо сделать более четкие предсказания для первичных гравитационных волн и других следов ранней Вселенной.

Наблюдательные данные, которые могли бы подтвердить теорию команды, будут получены от некоторых из старейших наблюдаемых сигналов во Вселенной. Крошечные колебания пространства-времени, называемые первичными гравитационными волнами, несут прямую информацию о Большом взрыве. Не менее важны тонкие отпечатки космического микроволнового фона, космического ископаемого, который представляет собой первый свет Вселенной, оставшийся с тех пор, когда космосу было всего 380 000 лет.

Почему это имеет значение

Для физиков доказательство концепции квантовой гравитации эквивалентно Святому Граалю. Это позволило бы преодолеть разрыв между нашим объяснением Вселенной на огромных космических масштабах, управляемых общей теорией относительности, и на крошечных масштабах, управляемых квантовой физикой. На протяжении десятилетий ученые искали единую теорию, которая работает с обеих сторон.

Афшорди подчеркнул, что если будущие наблюдения обнаружат правильную структуру первичных гравитационных волн или других отличительных признаков космического микроволнового фона, это даст возможность проверить, правильна ли эта картина ранней Вселенной. В противном случае может потребоваться более традиционное объяснение.

Исследование представляет собой относительно минимальное расширение теории Эйнштейна, но потенциально может внести значительный вклад в решение глубокой проблемы нашего космического происхождения. Научное сообщество с интересом следит за дальнейшими шагами этого расследования.