Pesquisadores ledet af Niayesh Afshordi, af Universidade af Waterloo, præsenterede en ny teori, der kunne løse et af fysikkens største mysterier: hvad der skete i de første øjeblikke af Big Bang. Forslaget, kaldet Gravidade Quântica Quadrática, udfordrer Einstein’s generelle relativitet ved at foreslå, at tyngdekraften, når den udvides til ekstremt høje energier, kan forklare fødslen af kosmos uden behov for uendelige singulariteter.
Generel relativitetsteori, udviklet for mere end et århundrede siden, fungerer perfekt i mange situationer. Men det fejler elendigt, når det anvendes på Big Bang. Naquele øjeblik, forudsiger teorien umulige forhold: uendelig tæthed, krumning og temperatur. Segundo Afshordi, dette indikerer at Einstein har udeladt noget fra sin ligning.
Ufuldstændigheden af klassisk tyngdekraft
Den traditionelle Big Bang teori starter med tyngdekraften af Einstein og tilføjer derefter ekstra ingredienser, hovedsageligt et hypotetisk “inflationsfelt”, for at forklare den indledende hurtige udvidelse af universet. Det er som at lappe et hul i en utilstrækkelig teori.
Holdets arbejde spørger, om noget af denne adfærd kan komme direkte fra selve tyngdekraften, når den først er udvidet til at arbejde ved ekstremt høje energier. I stedet for at behandle Big Bang som et punkt, hvor ligningerne fejler, studerer forskere en teori, hvor tyngdekraften allerede indeholder de nødvendige ingredienser til at beskrive denne ultraprimordiale fase konsekvent.
Afshordi forklarede begrebet “ultraviolet fuldstændighed”: en teori, der forbliver komplet og selvkonsistent selv ved vilkårligt høje energier. Holdets foreslåede udvidelse genskaber en model af tidlig kosmisk inflation, mens den potentielt eliminerer det problematiske koncept med en tidlig singularitet.
Como teorien virker
Gravidade Quântica Quadrática redefinerer grundlæggende, hvordan vi forstår den kraft, der styrer kosmos på dets mindste skalaer. Teorien passer meget godt til nuværende observationsdata, i nogle tilfælde bedre end mange standard inflationsmodeller.
Det, der overraskede forskerne mest, var, hvor naturligt en inflationslignende fase opstod, når teorien blev behandlet i en konsekvent højenergikontekst. Normalmente, videnskabsmænd tænker på inflation som noget, der skal føjes til tyngdekraften. Aqui, det opstår naturligt fra selve tyngdekraften.
- Gravidade Quântica Quadrática bevarer konsistens ved vilkårligt høje energier
- Recupera tidlig kosmisk inflationsmodel uden singulariteter
- Passer godt med aktuelle observationsdata
- Reduz har brug for yderligere antagelser om det tidlige univers
- Oferece mere elegant tilgang til problemet med kosmisk oprindelse
Testes observationer i fremtiden
Holdets næste skridt er at forbedre modellens observationsforudsigelser og omhyggeligt sammenligne dem med fremtidige data. Forskningen følger to hovedretninger: teoretisk og observationel.
På den teoretiske front ønsker forskere at forstå strukturen af kvantetyngdekraften mere fuldstændigt og teste robustheden af konklusionerne ud over det forenklede scenarie, de studerede. I observationelle termer er de nødt til at lave klarere forudsigelser for primordiale gravitationsbølger og andre spor af det tidlige univers.
De observationsbeviser, der kunne bekræfte holdets teori, vil komme fra nogle af de ældste observerbare signaler i universet. Pequenas krusninger i rumtiden, kaldet primordiale gravitationsbølger, bærer direkte information om Big Bang. Vigtige Igualmente er de subtile mærker i den kosmiske mikrobølgebaggrund, et kosmisk fossil, der repræsenterer universets første lys tilbage fra, da kosmos kun var 380.000 år gammelt.
Hvorfor betyder det noget
Para-fysikere, der beviser, at begrebet kvantetyngdekraft svarer til Santo Graal. Preencheria kløften mellem vores forklaring af universet på enorme kosmiske skalaer, styret af generel relativitetsteori, og på små skalaer, styret af kvantefysik. Durante I årtier har forskere søgt efter en samlet teori, der virker i begge ender.
Afshordi fremhævede, at hvis fremtidige observationer opdager det korrekte mønster af primordiale gravitationsbølger eller andre kendetegn i den kosmiske mikrobølgebaggrund, vil det give en måde at teste, om dette billede af det tidlige univers er korrekt. Caso ellers kan en mere konventionel forklaring være nødvendig.
Forskningen repræsenterer en relativt minimal udvidelse af Einstein-teorien, men en med potentiale til at bidrage væsentligt til at løse det dybe problem med vores kosmiske oprindelse. Det videnskabelige samfund følger med interesse de næste trin i denne undersøgelse.