Κβαντική Βαρύτητα: Μια νέα θεωρία ίσως δώσει απάντηση σε ένα θεμελιώδες ερώτημα για το Σύμπαν

Μια παραλλαγή της θεωρίας της Κβαντικής Βαρύτητας, που ενοποιεί κατά κάποιο τρόπο την Κβαντομηχανική και τη Γενική Σχετικότητα του Einstein, θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση ενός από τα μεγαλύτερα αινίγματα της κοσμολογίας, σύμφωνα με νέα έρευνα.

Εδώ και σχεδόν έναν αιώνα, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι το Σύμπαν διαστέλλεται. Αλλά τις τελευταίες δεκαετίες, οι Φυσικοί διαπίστωσαν ότι διαφορετικοί τύποι μετρήσεων του ρυθμού διαστολής, που ονομάζεται παράμετρος Hubble, παράγουν αινιγματικές ασυνέπειες. Για να επιλυθεί αυτό το παράδοξο, μια νέα μελέτη προτείνει την ενσωμάτωση κβαντικών φαινομένων σε μια εξέχουσα θεωρία που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του ρυθμού διαστολής.

«Προσπαθήσαμε να επιλύσουμε και να εξηγήσουμε την αναντιστοιχία μεταξύ των τιμών της παραμέτρου Hubble από δύο διαφορετικούς εξέχοντες τύπους παρατηρήσεων», δήλωσε στο Live Science ο συν-συγγραφέας της μελέτης P.K. Suresh, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Hyderabad στην Ινδία.

Η διαστολή του Σύμπαντος εντοπίστηκε για πρώτη φορά από τον Edwin Hubble το 1929. Οι παρατηρήσεις του με το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο εκείνης της εποχής αποκάλυψαν ότι οι γαλαξίες που βρίσκονται πιο μακριά από εμάς φαίνεται να απομακρύνονται με μεγαλύτερη ταχύτητα. Αν και ο Hubble υπερεκτίμησε αρχικά τον ρυθμό διαστολής, οι μεταγενέστερες μετρήσεις βελτίωσαν την κατανόησή μας, καθιερώνοντας την τρέχουσα παράμετρο Hubble ως εξαιρετικά αξιόπιστη. Αργότερα τον 20ό αιώνα, οι αστροφυσικοί εισήγαγαν μια νέα τεχνική για να μετρήσουν τον ρυθμό διαστολής εξετάζοντας το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, τη διάχυτη «μεταλαμπή» του Big Bang.

Ωστόσο, προέκυψε ένα σοβαρό πρόβλημα με αυτούς τους δύο τύπους μετρήσεων. Συγκεκριμένα, η νεότερη μέθοδος παρήγαγε μια τιμή της παραμέτρου Hubble σχεδόν 10% χαμηλότερη από εκείνη που προέκυπτε από τις αστρονομικές παρατηρήσεις μακρινών κοσμικών αντικειμένων. Τέτοιες αποκλίσεις μεταξύ διαφορετικών μετρήσεων, που ονομάζονται ένταση Hubble, σηματοδοτούν πιθανές αδυναμίες στην κατανόηση της εξέλιξης του Σύμπαντος.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Classical and Quantum Gravity, ο Suresh και η συνάδελφός του από το Πανεπιστήμιο του Hyderabad, B. Anupama, πρότειναν μια λύση για την ευθυγράμμιση αυτών των διαφορετικών αποτελεσμάτων. Τόνισαν ότι οι Φυσικοί υπολογίζουν την παράμετρο Hubble έμμεσα, χρησιμοποιώντας το εξελικτικό μοντέλο του Σύμπαντος μας που βασίζεται στη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Einstein.

Η ομάδα τάχθηκε υπέρ της αναθεώρησης αυτής της θεωρίας ώστε να ενσωματωθούν τα κβαντικά φαινόμενα. Τα φαινόμενα αυτά, εγγενή στις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, περιλαμβάνουν τις τυχαίες διακυμάνσεις των πεδίων και την αυθόρμητη δημιουργία σωματιδίων από το κενό του χώρου.

Παρά την ικανότητα των επιστημόνων να ενσωματώνουν τα κβαντικά φαινόμενα στις θεωρίες άλλων πεδίων, η Κβαντική βαρύτητα παραμένει δυσνόητη, καθιστώντας τους λεπτομερείς υπολογισμούς εξαιρετικά δύσκολους ή και αδύνατους. Για να γίνουν τα πράγματα χειρότερα, οι πειραματικές μελέτες αυτών των φαινομένων απαιτούν την επίτευξη θερμοκρασιών ή ενεργειών πολλές τάξεις μεγέθους υψηλότερων από αυτές που είναι εφικτές στο εργαστήριο. Αναγνωρίζοντας αυτές τις προκλήσεις, ο Suresh και η Anupama επικεντρώθηκαν σε ευρεία φαινόμενα της Κβαντικής Βαρύτητας που είναι κοινά σε πολλές προτεινόμενες θεωρίες.

«Η εξίσωσή μας δεν χρειάζεται να εξηγεί τα πάντα, αλλά αυτό δεν μας εμποδίζει να δοκιμάσουμε πειραματικά την Κβαντική Βαρύτητα ή τα αποτελέσματά της», δήλωσε ο Suresh.

Η θεωρητική τους διερεύνηση αποκάλυψε ότι η συνεκτίμηση των κβαντικών φαινομένων κατά την περιγραφή των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων στο αρχικό στάδιο της διαστολής του Σύμπαντος, που ονομάζεται κοσμικός πληθωρισμός, θα μπορούσε πράγματι να αλλάξει τις προβλέψεις της θεωρίας σχετικά με τις ιδιότητες του μικροκυματικού υποβάθρου επί του παρόντος, καθιστώντας τους δύο τύπους μετρήσεων των παραμέτρων Hubble συνεπείς.

Φυσικά, τα τελικά συμπεράσματα θα μπορούν να εξαχθούν μόνο όταν θα είναι γνωστή μια ολοκληρωμένη θεωρία της Κβαντικής Βαρύτητας, αλλά ακόμη και τα προκαταρκτικά ευρήματα είναι ενθαρρυντικά. Επιπλέον, η σύνδεση μεταξύ του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου και των κβαντικών βαρυτικών φαινομένων ανοίγει το δρόμο για την πειραματική μελέτη αυτών των φαινομένων στο εγγύς μέλλον, δήλωσε η ομάδα.

«Η Κβαντική βαρύτητα υποτίθεται ότι παίζει ρόλο στη δυναμική του πρώιμου Σύμπαντος, έτσι η επίδρασή της μπορεί να παρατηρηθεί μέσω μετρήσεων των ιδιοτήτων του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου», δήλωσε ο Suresh. «Ορισμένες από τις μελλοντικές αποστολές που είναι αφιερωμένες στη μελέτη αυτού του ηλεκτρομαγνητικού υποβάθρου είναι πολύ πιθανές και υποσχόμενες να ελέγξουν την Κβαντική Βαρύτητα. … Παρέχει μια πολλά υποσχόμενη πρόταση για την επίλυση και την επικύρωση των πληθωριστικών μοντέλων της κοσμολογίας σε συνδυασμό με την Κβαντική Βαρύτητα».

Επιπλέον, οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι τα κβαντικά βαρυτικά φαινόμενα στο πρώιμο Σύμπαν μπορεί να έχουν διαμορφώσει τις ιδιότητες των βαρυτικών κυμάτων που εκπέμπονται κατά τη διάρκεια εκείνης της περιόδου. Η ανίχνευση αυτών των κυμάτων με μελλοντικά παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων θα μπορούσε να φωτίσει περαιτέρω τα κβαντικά βαρυτικά χαρακτηριστικά.

«Έχουν παρατηρηθεί μέχρι στιγμής βαρυτικά κύματα από διάφορες αστροφυσικές πηγές, αλλά βαρυτικά κύματα από το πρώιμο Σύμπαν δεν έχουν ακόμη ανιχνευθεί», δήλωσε ο Suresh. «Ας ελπίσουμε ότι η εργασία μας θα βοηθήσει στον προσδιορισμό του σωστού πληθωριστικού μοντέλου και στην ανίχνευση των αρχέγονων βαρυτικών κυμάτων με χαρακτηριστικά της Κβαντικής Βαρύτητας».

[via]