นักวิทยาศาสตร์เสนอแรงโน้มถ่วงควอนตัมเพื่ออธิบายการกำเนิดของจักรวาล

นักวิจัยที่นำโดย Niayesh Afshordi จากมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลู ได้นำเสนอทฤษฎีใหม่ที่สามารถไขปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดข้อหนึ่งในฟิสิกส์: สิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงแรกของบิกแบง ข้อเสนอนี้เรียกว่า Quadratic Quantum Gravity ท้าทายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์โดยเสนอว่าแรงโน้มถ่วงเมื่อขยายไปสู่พลังงานที่สูงมาก สามารถอธิบายการกำเนิดของจักรวาลได้โดยไม่ต้องใช้เอกภาวะอนันต์

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งพัฒนาขึ้นเมื่อกว่าศตวรรษก่อน ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบในหลาย ๆ สถานการณ์ แต่มันก็ล้มเหลวอย่างน่าสังเวชเมื่อนำไปใช้กับบิ๊กแบง ในขณะนั้น ทฤษฎีทำนายสภาวะที่เป็นไปไม่ได้ เช่น ความหนาแน่นอนันต์ ความโค้ง และอุณหภูมิ จากข้อมูลของ Afshordi สิ่งนี้บ่งชี้ว่าไอน์สไตน์ละบางสิ่งบางอย่างออกจากสมการของเขา

ความไม่สมบูรณ์ของแรงโน้มถ่วงแบบคลาสสิก

ทฤษฎีบิ๊กแบงแบบดั้งเดิมเริ่มต้นด้วยแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ จากนั้นจึงเติมส่วนผสมพิเศษ ซึ่งส่วนใหญ่เป็น “สนามเงินเฟ้อ” เชิงสมมุติ เพื่ออธิบายการขยายตัวอย่างรวดเร็วในช่วงแรกของจักรวาล มันเหมือนกับการอุดช่องโหว่ในทฤษฎีที่ไม่เพียงพอ

งานของทีมถามว่าพฤติกรรมบางอย่างอาจมาจากแรงโน้มถ่วงโดยตรงหรือไม่ เมื่อมันขยายไปสู่การทำงานที่พลังงานสูงมาก แทนที่จะถือว่าบิ๊กแบงเป็นจุดที่สมการล้มเหลว นักวิจัยกำลังศึกษาทฤษฎีที่ว่าแรงโน้มถ่วงมีส่วนประกอบที่จำเป็นอยู่แล้วเพื่ออธิบายระยะดึกดำบรรพ์นี้อย่างสม่ำเสมอ

อัฟชอร์ดีอธิบายแนวคิดเรื่อง “ความสมบูรณ์ของรังสีอัลตราไวโอเลต” ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ยังคงความสมบูรณ์และสอดคล้องกันในตัวเอง แม้จะใช้พลังงานสูงตามอำเภอใจก็ตาม ส่วนขยายที่เสนอโดยทีมจะกู้คืนแบบจำลองของการพองตัวของจักรวาลในยุคแรกๆ ขณะเดียวกันก็อาจขจัดแนวคิดที่เป็นปัญหาเกี่ยวกับภาวะเอกฐานในยุคแรกๆ ออกไปได้

ทฤษฎีทำงานอย่างไร

แรงโน้มถ่วงควอนตัมกำลังสองกำหนดพื้นฐานใหม่ว่าเราเข้าใจแรงที่ควบคุมจักรวาลในระดับที่เล็กที่สุดอย่างไร ทฤษฎีนี้เหมาะกับข้อมูลเชิงสังเกตในปัจจุบันเป็นอย่างดี ในบางกรณีก็ดีกว่าแบบจำลองการพองตัวมาตรฐานหลายตัว

สิ่งที่ทำให้นักวิจัยประหลาดใจมากที่สุดคือระยะที่คล้ายเงินเฟ้อเกิดขึ้นเมื่อทฤษฎีได้รับการปฏิบัติในบริบทที่มีพลังงานสูงอย่างสม่ำเสมอ โดยปกติแล้ว นักวิทยาศาสตร์คิดว่าภาวะเงินเฟ้อเป็นสิ่งที่ต้องเพิ่มเข้ากับแรงโน้มถ่วง ที่นี่มันเกิดขึ้นตามธรรมชาติจากแรงโน้มถ่วงนั่นเอง

Leia Também

Bosch ออกอัพเดตเพิ่มแรงบิดเครื่องยนต์ CX เป็น 120 นิวตันเมตร ตั้งแต่วันที่ 4 พฤษภาคม

Nioh 3 มีคะแนนถึง 86 คะแนนบน Metacritic และรับส่วนลดสูงสุดถึง €33 บน PS5

Xiaomi เตรียมเปิดตัว Smart Band 10 Pro พร้อมหน้าจอขยายใหญ่ขึ้นและตัวเครื่องเซรามิก

• แรงโน้มถ่วงควอนตัมกำลังสองจะรักษาความสม่ำเสมอที่พลังงานสูงตามอำเภอใจ
• กู้คืนแบบจำลองการพองตัวของจักรวาลเริ่มต้นโดยไม่มีภาวะเอกฐาน
• เข้ากันได้ดีกับข้อมูลเชิงสังเกตในปัจจุบัน
• ลดความจำเป็นในการตั้งสมมติฐานเพิ่มเติมเกี่ยวกับจักรวาลในยุคแรกเริ่ม
• เสนอแนวทางที่หรูหรายิ่งขึ้นในการแก้ปัญหาต้นกำเนิดของจักรวาล

การทดสอบเชิงสังเกตในอนาคต

ขั้นตอนต่อไปของทีมคือการปรับปรุงการคาดการณ์เชิงสังเกตของแบบจำลองและเปรียบเทียบกับข้อมูลในอนาคตอย่างรอบคอบ การวิจัยเป็นไปตามสองทิศทางหลัก: เชิงทฤษฎีและเชิงสังเกต

ในด้านทฤษฎี นักวิจัยต้องการเข้าใจโครงสร้างของแรงโน้มถ่วงควอนตัมให้ครบถ้วนยิ่งขึ้น และทดสอบความแข็งแกร่งของข้อสรุปนอกเหนือจากสถานการณ์ที่เรียบง่ายที่พวกเขาศึกษา ในแง่เชิงสังเกตการณ์ พวกเขาจำเป็นต้องทำนายคลื่นความโน้มถ่วงในยุคแรกเริ่มและร่องรอยอื่นๆ ของเอกภพยุคแรกๆ ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น

หลักฐานเชิงสังเกตการณ์ที่สามารถยืนยันทฤษฎีของทีมได้จะมาจากสัญญาณที่สังเกตได้ที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาล ระลอกคลื่นเล็กๆ ในอวกาศ-เวลา เรียกว่าคลื่นความโน้มถ่วงดึกดำบรรพ์ นำข้อมูลโดยตรงเกี่ยวกับบิกแบง สิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือรอยประทับอันละเอียดอ่อนบนพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล ซึ่งเป็นฟอสซิลของจักรวาลที่แสดงถึงแสงแรกในจักรวาลที่เหลืออยู่เมื่อเอกภพมีอายุเพียง 380,000 ปี

ทำไมเรื่องนี้ถึงสำคัญ

สำหรับนักฟิสิกส์ การพิสูจน์แนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงควอนตัมนั้นเทียบเท่ากับจอกศักดิ์สิทธิ์ มันจะเชื่อมช่องว่างระหว่างคำอธิบายของเราเกี่ยวกับจักรวาลในระดับจักรวาลอันกว้างใหญ่ซึ่งควบคุมโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และในระดับเล็ก ๆ ที่ควบคุมโดยฟิสิกส์ควอนตัม เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่นักวิทยาศาสตร์ค้นหาทฤษฎีที่เป็นเอกภาพซึ่งใช้ได้ผลทั้งสองด้าน

อัฟชอร์ดีเน้นย้ำว่าหากการสังเกตการณ์ในอนาคตตรวจพบรูปแบบที่ถูกต้องของคลื่นความโน้มถ่วงในยุคแรกเริ่มหรือเครื่องหมายพิเศษอื่นๆ ในพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล มันจะเป็นวิธีในการทดสอบว่าภาพของเอกภพยุคแรกๆ นี้ถูกต้องหรือไม่ มิฉะนั้นอาจจำเป็นต้องใช้คำอธิบายทั่วไปมากกว่านี้

การวิจัยนี้เป็นการขยายทฤษฎีของไอน์สไตน์ค่อนข้างน้อย แต่มีศักยภาพที่จะช่วยแก้ไขปัญหาอันลึกซึ้งของต้นกำเนิดจักรวาลของเราได้อย่างมีนัยสำคัญ ชุมชนวิทยาศาสตร์กำลังติดตามขั้นตอนต่อไปของการสอบสวนนี้ด้วยความสนใจ