O variație a teoriei gravitației cuantice — unificarea mecanica cuantică și a lui Einstein relativitatea generală — ar putea ajuta la rezolvarea uneia dintre cele mai mari puzzle-uri din cosmologie, sugerează o nouă cercetare.
Timp de aproape un secol, oamenii de știință știu că universul se extinde. Dar în ultimele decenii, fizicienii au descoperit că diferite tipuri de măsurători ale ratei de expansiune – numite parametrul Hubble – produc inconsecvențe surprinzătoare.
Pentru a rezolva acest paradox, un nou studiu sugerează încorporarea efectelor cuantice într-o teorie proeminentă folosită pentru a determina rata de expansiune.
„Am încercat să rezolvăm și să explicăm nepotrivirea dintre valorile parametrului Hubble din două tipuri proeminente diferite de observații”, coautor al studiului. PK Sureshprofesor de fizică la Universitatea din Hyderabad din India, a declarat Live Science prin e-mail.
O problemă în expansiune
Expansiunea universului a fost identificată pentru prima dată de Edwin Hubble în 1929. Observațiile sale cu cel mai mare telescop din acea vreme au arătat că galaxiile mai îndepărtate de noi par să se îndepărteze cu viteze mai mari. Deși Hubble a supraestimat inițial rata de expansiune, măsurătorile ulterioare ne-au rafinat înțelegerea, stabilind parametrul Hubble actual ca fiind extrem de fiabil.
Mai târziu, în secolul al XX-lea, astrofizicienii au introdus o nouă tehnică de măsurare a ratei de expansiune prin examinarea fondului cosmic cu microunde, „luminozitatea” omniprezentă a Big bang.
In orice caz, a apărut o problemă serioasă cu aceste două tipuri de măsurători. Mai exact, metoda mai nouă a produs o valoare a parametrului Hubble cu aproape 10% mai mică decât cea dedusă din observațiile astronomice ale obiectelor cosmice îndepărtate. Asemenea discrepanțe între diferite măsurători, numite tensiune Hubble, semnalează potențiale defecte în înțelegerea noastră a evoluției universului.
Într-un studiu publicat în jurnal Gravitația clasică și cuantică, Suresh și colegul său de la Universitatea din Hyderabad, B. Anupama, au propus o soluție pentru a alinia aceste rezultate disparate. Ei au subliniat că fizicienii deduc indirect parametrul Hubble, utilizând modelul evolutiv al universului nostru bazat pe teoria relativității generale a lui Einstein.
Echipa a argumentat pentru revizuirea acestei teorii pentru a încorpora efectele cuantice. Aceste efecte, intrinsece interacțiunilor fundamentale, cuprind fluctuații aleatorii ale câmpului și crearea spontană de particule din vidul spațiului.
În ciuda capacității oamenilor de știință de a integra efectele cuantice în teoriile altor domenii, gravitația cuantică rămâne evazivă, făcând calculele detaliate extrem de dificile sau chiar imposibile. Pentru a înrăutăți lucrurile, studiile experimentale ale acestor efecte necesită atingerea unor temperaturi sau energii cu multe ordine de mărime mai mari decât cele realizabile într-un laborator.
Recunoscând aceste provocări, Suresh și Anupama s-au concentrat pe efectele ample de gravitație cuantică comune multor teorii propuse.
„Ecuația noastră nu trebuie să ia în considerare totul, dar asta nu ne împiedică să testăm experimental gravitația cuantică sau efectele acesteia”, a spus Suresh.
Explorarea lor teoretică a dezvăluit că luarea în considerare a efectelor cuantice atunci când se descriu interacțiunile gravitaționale din etapa cea mai timpurie a expansiunii universului, numită inflație cosmică, ar putea într-adevăr să modifice predicțiile teoriei cu privire la proprietățile fondului cu microunde în prezent, făcând cele două tipuri de parametri Hubble. măsurători consistente.
Desigur, concluziile finale pot fi trase numai atunci când se cunoaște o teorie cu drepturi depline a gravitației cuantice, dar chiar și constatările preliminare sunt încurajatoare. Mai mult, legătura dintre fundalul cosmic cu microunde și efectele gravitaționale cuantice deschide calea spre studierea experimentală a acestor efecte în viitorul apropiat, a spus echipa.
„Se presupune că gravitația cuantică joacă un rol în dinamica universului timpuriu; astfel, efectul său poate fi observat prin măsurători ale proprietăților fundalului cosmic cu microunde”, a spus Suresh.
„Unele dintre misiunile viitoare dedicate studierii acestui lucru electromagnetic fundalul sunt foarte probabile și promițătoare pentru a testa gravitația cuantică. … Oferă o sugestie promițătoare pentru a rezolva și valida modelele inflaționiste ale cosmologiei în legătură cu gravitația cuantică.”
În plus, autorii presupun că fenomenele gravitaționale cuantice din universul timpuriu ar fi putut modela proprietățile valuri gravitationale emise în perioada respectivă. Detectarea acestor unde cu viitoarele observatoare de unde gravitaționale ar putea ilumina și mai mult caracteristicile gravitaționale cuantice.
„Undele gravitaționale din diverse surse astrofizice au fost observate doar până acum, dar undele gravitaționale din universul timpuriu nu au fost încă detectate”, a spus Suresh. „Sperăm că munca noastră va ajuta la identificarea modelului inflaționist corect și la detectarea undelor gravitaționale primordiale cu caracteristici gravitaționale cuantice”.