Fyzici tvrdí, že možná našli dlouho očekávané vysvětlení temné energie, záhadné síly, která řídí zrychlenou expanzi vesmíru, novou náznak studie předtisku.
Jejich výpočty naznačují, že v nejmenších měřítcích se časoprostor chová hluboce kvantovým způsobem, drasticky se liší od hladké, kontinuální struktury, kterou zažíváme v každodenním životě. Podle jejich zjištění souřadnice časoprostoru „dojíždějí“-což znamená, že pořadí, ve kterém se objevují v rovnicích, ovlivňuje výsledek. Je to podobné tomu, jak se chová poloha a rychlost částice Kvantová mechanika.
Jeden z nejvýraznějších důsledků tohoto kvantového časoprostoru, jak předpovídal Teorie řetězcůje to, že to přirozeně vede k kosmické zrychlení. Vědci navíc zjistili, že míra, při které se toto zrychlení v průběhu času snižuje, se pozoruhodně dobře vyrovná s nejnovějšími pozorováními z tmavé energetické spektroskopické nástroje (DESI).
„Při pohledu přes čočku naší práce byste mohli myslet Výsledek desi Jako první observační důkazy podporující teorii řetězců a možná první pozorovatelné důsledky teorie řetězců a kvantové gravitace, „Studijní spoluautor Michael KavicProfesor na SUNY Old Westbury řekl Live Science e -mailem.
Tajemství expanze vesmíru
V roce 1998 zjistily dva nezávislé týmy-projekt Supernova Cosmology a vyhledávací tým Supernovy-expanze vesmíru se nezpomalovaly, jak se dříve myslelo, ale místo toho se zrychlil. Dosáhli tohoto závěru studiem vzdálených supernov, které vypadaly stmívanější, než se očekávalo. Toto zrychlení znamenalo přítomnost záhadné entity prostupujícího prostoru, později dabovaného Tmavá energie.
Související: „Vesmír nám hodil curveball“: Největší mapa prostoru odhaluje
Původ temné energie však zůstal nepolapitelný. Populární hypotéza naznačuje, že vyplývá z kvantových fluktuací ve vakuu, podobné těm, které jsou pozorovány v elektromagnetickém poli. Přesto, když se fyziky pokusili vypočítat míru expanze na základě této myšlenky, dospěli k hodnotě, která měla příliš velkou velikost – ohromující nesrovnalost.
Nedávná pozorování desi dále komplikovala obrázek. Podle Standardní model elementárních částicPokud byla tmavá energie jednoduše vakuovou energií, měla by její hustota v průběhu času zůstat konstantní. Data DESI však ukazují, že míra zrychlení není pevná, ale že se v průběhu času snižuje – něco, co standardní model nepředpovídá.
Řešení tajemství teorií strun
Pro řešení těchto nesrovnalostí se vědci obrátili na teorii strun, jednoho z předních kandidátů na kvantovou teorii gravitace. Na rozdíl od standardního modelu, který zachází s elementárními částicemi jako bodovými teorie, navrhuje, aby byly ve skutečnosti malé, vibrační, jednorozměrné objekty nazývané řetězce. Tyto řetězce v závislosti na jejich režimech vibrací vedou k různým částicům – včetně gravitonu, hypotetického kvantového nosiče gravitace.
V novém papír To bylo zveřejněno v databázi předtišku Arxiv, ale nebylo vzájemně recenzováno, fyziky Sunhaeng Hur, Djordje Minic, Tatsu Takeuchi (Virginia Tech), Vishnu Jejjala (University of the Witwatersrand) a Michael Kavic aplikoval teorii strun na kvantové úrovni.
Nahrazením popisu částic standardního modelu rámcem z teorie řetězců vědci zjistili, že samotný čas prostoru je ze své podstaty kvantový a nekomutativní, což znamená pořadí, ve kterém se souřadnice objevují v rovnicích.
Tento radikální odklon od klasické fyziky jim umožnil odvodit vlastnosti temné energie nejen z experimentálních dat, ale přímo z základní fyzické teorie. Jejich model nejen přinesl hustotu tmavé energie, která úzce odpovídá observačním datům, ale také správně předpovídala, že tato energie by se měla postupem času snižovat, a vyrovnat se s Desiho nálezy.
Jedním z nejvýraznějších aspektů jejich výsledku je to, že hodnota temné energie závisí na dvou nesmírně odlišných stupnicích: Planckovou délku, základní stupnici kvantové gravitace, která je asi 10 ⁻³³ centimetrů; a velikost vesmíru, což je miliardy světelných let. Takové spojení mezi nejmenšími a největšími měřítky ve vesmíru je ve fyzice velmi neobvyklé a naznačuje, že tmavá energie je hluboce spojena s kvantovou povahou samotného časoprostoru.
„To naznačuje hlubší spojení mezi kvantovou gravitací a dynamickými vlastnostmi přírody, které měly být konstantní,“ řekl Kavic. „Může se ukázat, že zásadní nepochopení, které s sebou neseme, je, že základní definující vlastnosti našeho vesmíru jsou statické, když ve skutečnosti nejsou.“
Experimentální testy a budoucí vyhlídky
Ačkoli vysvětlení týmu o zrychlené expanzi vesmíru je významným teoretickým průlomem, k potvrzení jejich modelu jsou nutné nezávislé experimentální testy. Vědci navrhli konkrétní způsoby, jak otestovat své myšlenky.
Jedna linie důkazů „zahrnuje detekci komplikovaných kvantových interferenčních vzorců, což je nemožné u standardní kvantové fyziky, ale mělo by se vyskytnout při kvantové gravitaci,“ dodal Minic.
K interferenci dochází, když vlny, jako jsou vlny světla nebo hmoty, překrývají se a buď se navzájem zesílí nebo zruší, vytvářejí charakteristické vzory. V konvenční kvantové mechanice dodržuje interference dobře srozumitelná pravidla, která obvykle zahrnuje dvě nebo více možných kvantových cest. Interference vyššího řádu-předpokládané některými modely kvantové gravitace-však vede složitější interakce, které přesahují tyto standardní vzorce. Detekce takových účinků v laboratoři by byla průkopnickým testem kvantové gravitace.
„Jedná se o experimenty s stolními, které by mohly být provedeny v blízké budoucnosti – do tří až čtyř let.“
„Je mnoho důsledků našeho přístupu k kvantové gravitaci,“ řekl Djordje MinicFyzik ve Virginii Tech a spoluautor příspěvku v e-mailu. Jedna linie důkazů „zahrnuje detekci komplikovaných kvantových interferenčních vzorců, což je nemožné u standardní kvantové fyziky, ale mělo by se vyskytnout při kvantové gravitaci,“ dodal Minic.
K interferenci dochází, když vlny, jako jsou vlny světla nebo hmoty, překrývají se a buď se navzájem zesílí nebo zruší, vytvářejí charakteristické vzory. V konvenční kvantové mechanice dodržuje rušení interference. Některé modely kvantové gravitace však naznačují složitější interakce, které přesahují tyto standardní vzorce. Detekce takových účinků v laboratoři by byla průkopnickým testem kvantové gravitace.
„Jedná se o experimenty s stolními, které by mohly být provedeny v blízké budoucnosti – do tří až čtyř let.“
Mezitím vědci nečekají na experimentální potvrzení. Pokračují v zdokonalování svého porozumění kvantovému časoprostoru a zkoumá další cesty pro testování jejich teorie.
Pokud by to bylo potvrzeno, jejich zjištění by znamenala hlavní průlom nejen při vysvětlování temné energie, ale také poskytnutí prvního hmatatelného důkazu pro teorii strun-dlouho hledaným cílem v základní fyzice.
