Oamenii de știință susțin că găsesc „primele dovezi observaționale care susțin teoria șirurilor”, care ar putea dezvălui în sfârșit natura energiei întunecate

Fizicienii susțin că ar fi găsit o explicație mult așteptată pentru Dark Energy, forța misterioasă care conduce extinderea accelerată a universului, un nou studiu de studiu de preimprimare.

Calculele lor sugerează că, la cele mai mici scări, spațiul-timp se comportă într-un mod profund cuantic, diferind drastic de structura netedă și continuă pe care o experimentăm în viața de zi cu zi. Conform constatărilor lor, coordonatele spațiului-timp nu „fac naveta”-ceea ce înseamnă că ordinea în care apar în ecuații afectează rezultatul. Acest lucru este similar cu modul în care se comportă poziția și viteza unei particule Mecanica cuantică.

Una dintre cele mai marcante consecințe ale acestui spațiu cuantic-timp, așa cum a prevăzut Teoria șiruriloreste că duce în mod natural la accelerația cosmică. Mai mult decât atât, cercetătorii au descoperit că rata cu care această accelerație scade în timp se aliniază remarcabil de bine cu ultimele observații ale instrumentului spectroscopic cu energie întunecată (DESI).

„Privit prin obiectivul muncii noastre, te -ai putea gândi Rezultatul desi Ca primele dovezi observaționale care susțin teoria șirurilor și poate primele consecințe observabile ale teoriei șirurilor și gravitației cuantice ”, coautor de studiu Michael Kavica spus un profesor la Suny Old Westbury, Live Science prin e -mail.

Misterul expansiunii universului

În 1998, două echipe independente-Proiectul SuperNova Cosmology și echipa de căutare Supernova High-Z au descoperit că extinderea universului nu încetinește, așa cum se credea anterior, ci în schimb accelera. Au ajuns la această concluzie studiind supernovele îndepărtate, care au apărut mai slabe decât se aștepta. Această accelerație a implicat prezența unei entități misterioase care pătrunde în spațiu, denumit ulterior Energie întunecată.

Înrudite: „Universul ne-a aruncat o curbă”: cea mai mare hartă a spațiului dezvăluie că s-ar putea să fi obținut o energie întunecată în totalitate greșită

Cu toate acestea, originea energiei întunecate a rămas evazivă. O ipoteză populară sugerează că rezultă din fluctuațiile cuantice ale vidului, similar cu cele observate în câmpul electromagnetic. Cu toate acestea, atunci când fizicienii au încercat să calculeze rata de expansiune pe baza acestei idei, au ajuns la o valoare care avea 120 de ordine de mărime prea mare – o discrepanță uluitoare.

Observații recente ale DESI au complicat și mai mult imaginea. Conform Model standard de particule elementaredacă energia întunecată ar fi pur și simplu o energie în vid, densitatea sa ar trebui să rămână constantă în timp. Cu toate acestea, datele DESI indică faptul că rata de accelerație nu este fixată, ci că scade în timp – lucru pe care modelul standard nu îl prezice.

Rezolvarea misterului cu teoria coardelor

Pentru a aborda aceste inconsecvențe, cercetătorii au apelat la teoria șirurilor, unul dintre candidații de frunte pentru o teorie cuantică a gravitației. Spre deosebire de modelul standard, care tratează particulele elementare ca teoria de șir, a șirurilor propune că sunt de fapt obiecte minuscule, vibrante, unidimensionale, numite șiruri. Aceste șiruri, în funcție de modurile lor de vibrație, dau naștere la diferite particule – inclusiv gravitonul, ipoteticul purtător cuantic al gravitaţie.

Într -un nou hârtie Aceasta a fost postată în baza de date de preimprimare Arxiv, dar nu a fost revizuită de la egal la egal, fizicienii Sunhaeng Hur, Djordje Minat, Tatsu Takeuchi (Virginia Tech), Vishnu Jejjala (Universitatea din Witwatersrand) și Michael Kavic Applied Theory pentru a analiza timpul de spațiu la nivelul cuantic.

Prin înlocuirea descrierii modelului standard a particulelor cu cadrul din teoria șirurilor, cercetătorii au descoperit că spațiul în sine în sine este în mod inerent cuantic și noncomutativ, ceea ce înseamnă ordinea în care coordonatele apar în ecuații.

Această plecare radicală de la fizica clasică le -a permis să obțină proprietățile energiei întunecate nu doar din datele experimentale, ci direct dintr -o teorie fizică fundamentală. Modelul lor nu numai că a dat o densitate de energie întunecată care se potrivește îndeaproape cu datele observaționale, dar a prezis corect și că această energie ar trebui să scadă în timp, alinându -se la concluziile lui Desi.

Unul dintre cele mai marcante aspecte ale rezultatului lor este că valoarea energiei întunecate depinde de două scări de lungime mult diferite: lungimea Planck, scala fundamentală a gravitației cuantice, care este de aproximativ 10⁻³ centimetri; și dimensiunea universului, care este miliarde de ani lumină. O astfel de conexiune între cele mai mici și cele mai mari scale din cosmos este extrem de neobișnuită în fizică și sugerează că energia întunecată este profund legată de natura cuantică a spațiului-timp în sine.

„Acest lucru indică o legătură mai profundă între gravitația cuantică și proprietățile dinamice ale naturii care trebuiau să fie constante”, a spus Kavic. „Se poate dovedi că o înțelegere greșită fundamentală pe care o purtăm cu noi este că proprietățile de bază definitorii ale universului nostru sunt statice atunci când de fapt nu sunt”.

Teste experimentale și perspective viitoare

Deși explicația echipei cu privire la expansiunea accelerată a universului este o descoperire teoretică semnificativă, sunt necesare teste experimentale independente pentru a -și confirma modelul. Cercetătorii au propus modalități concrete de a -și testa ideile.

O linie de dovezi „implică detectarea modelelor de interferență cuantică complicată, ceea ce este imposibil în fizica cuantică standard, dar ar trebui să apară în gravitație cuantică”, a adăugat Minic.

Interferența apare atunci când undele, cum ar fi undele luminii sau materiei, se suprapun și fie se amplifică sau se anulează reciproc, creând modele caracteristice. În mecanica cuantică convențională, interferența respectă reguli bine înțelese, implicând de obicei două sau mai multe căi cuantice posibile. Cu toate acestea, interferența de ordin superior-prevăzută de unele modele de gravitație cuantică-sugerează interacțiuni mai complexe care depășesc aceste modele standard. Detectarea unor astfel de efecte în laborator ar fi un test de ultimă generație al gravitației cuantice.

„Acestea sunt experimente pe masă care ar putea fi efectuate în viitorul apropiat – în termen de trei până la patru ani.”

„Există multe implicații ale abordării noastre în ceea ce privește gravitația cuantică”, a spus Djordje Minicfizician la Virginia Tech și coautor al hârtiei, într-un e-mail. O linie de dovezi „implică detectarea modelelor de interferență cuantică complicată, ceea ce este imposibil în fizica cuantică standard, dar ar trebui să apară în gravitație cuantică”, a adăugat Minic.

Interferența apare atunci când undele, cum ar fi undele luminii sau materiei, se suprapun și fie se amplifică sau se anulează reciproc, creând modele caracteristice. În mecanica cuantică convențională, interferența respectă reguli bine înțelese. Cu toate acestea, unele modele de gravitație cuantică sugerează interacțiuni mai complexe care depășesc aceste modele standard. Detectarea unor astfel de efecte în laborator ar fi un test de ultimă generație al gravitației cuantice.

„Acestea sunt experimente pe masă care ar putea fi efectuate în viitorul apropiat – în termen de trei până la patru ani.”

Între timp, cercetătorii nu așteaptă confirmări experimentale. Ei continuă să-și perfecționeze înțelegerea cuantică a spațiului-timp, precum și explorează căi suplimentare pentru testarea teoriei lor.

Dacă s-ar confirma, concluziile lor ar marca o descoperire majoră nu numai în explicarea energiei întunecate, ci și în furnizarea primelor dovezi tangibile pentru teoria șirurilor-un obiectiv căutat de mult timp în fizica fundamentală.

Andrey și -a luat B.Sc. și M.Sc. grade în fizica particulelor elementare de la Universitatea de Stat din Novosibirsk din Rusia și un doctorat. În teoria șirurilor de la Institutul de Știință Weizmann din Israel. Lucrează ca scriitor științific, specializat în fizică, spațiu și tehnologie. Articolele sale au fost publicate în AdvancedscienceNews, Physicsworld, Ştiinţăși alte puncte de vânzare.