Vedci práve spochybnili jeden z pilierov vesmíru. Veľký tresk možno nepotreboval žiadnu „tajomnú“ časticu
V súčasnosti máme pomerne presné teórie, ktoré nám pomáhajú pochopiť vznik vesmíru, no tie stále pracujú s časticami, ktoré nemusia existovať. Nový model kvadratickej kvantovej gravitácie tento problém odstraňuje.
Vedci z University of Waterloo a Perimeter Institute prišli s novým pohľadom na začiatky vesmíru, ktorý môže zmeniť naše chápanie veľkého tresku a prvých okamihov kozmickej histórie. Ich prístup ukazuje, že rýchla expanzia vesmíru v jeho raných fázach môže vyplývať priamo z fyziky gravitácie, keď ju popíšeme kvantovo a kvadraticky.
Nové riešenie odstraňuje problém kozmickej singularity
Tradičná Einsteinova teória predpovedá, že na úplnom začiatku mal vesmír nulový objem a nekonečnú hustotu, singularitu. Hoci dnes sa moderné kozmologické modely singularite vyhnúť nedokážu, v matematickom svete stále platí, že singularita, teda nekonečno, predstavuje buď chybu v rovnici, alebo neúplnosť údajov.
Kvadratická kvantová gravitácia túto nekonečnosť „vyhladzuje“. Pridané matematické členy spôsobujú, že gravitácia pri extrémnych hustotách prestáva kolabovať do nekonečna. Namiesto úplného kolapsu by mal vesmír mikroskopický, no konečný rozmer, z ktorého sa spustila inflácia.
„Tento výskum ukazuje, že rýchly raný rast vesmíru vyplýva priamo z hlbšej teórie gravitácie. Nemusíme pridávať nové komponenty do Einsteinovej teórie, expanzia vzniká prirodzene, keď gravitáciu riešime tak, aby zostala konzistentná pri extrémnych energiách,“ vysvetlil jeden z autorov štúdie, profesor Niayesh Afshordi.
Doterajšie učebnice kozmológie tvrdili, že bleskovú expanziu vesmíru spôsobuje hypotetická častica zvaná inflatón. Problém je, že túto časticu nikto nikdy nepozoroval a jej vlastnosti sa len „vymýšľali“, aby zapadli do teórie. Tím z Waterloo ukázal, že inflácia sa rodí priamo z vlastností kvadratickej kvantovej gravitácie. V prvej sekunde vesmír jednoducho musel expandovať extrémne rýchlo. Takéto riešenie je elegantnejšie a nepotrebuje žiadne nové, hypotetické častice.
Gravitačné vlny, ktoré dnes bežne detegujeme z kolízií čiernych dier, sú relatívne „mladé“. Primordiálne vlny však nesú odtlačok kvantových fluktuácií z času len zlomkov sekundy po veľkom tresku. Ak budúce prístroje, napríklad vesmírny detektor LISA alebo vylepšené mapovanie reliktného žiarenia, zachytia presne vzorec predpovedaný tímom Afshordiho, dostaneme prvý priame dôkazy kvantového pôvodu časopriestoru. To by ukázalo, že náš makroskopický svet hviezd a galaxií vyrástol z mikroskopického chaosu kvantovej mechaniky.
Neprehliadni
Dôležitý most, ktorý spája kvantový svet s makroskopickým svetom
Vedci použili kvadratickú kvantovú gravitáciu, ktorá zostáva konzistentná aj pri extrémnych energiách, aby skombinovali gravitáciu s kvantovou fyzikou. Tak vznikla jednotná predstava o tom, ako sa vesmír mohol rozpínať v prvej sekunde a ako sa jeho raná dynamika prirodzene spája s pozorovanou kozmológiou.
Doktorandka Ruolin Liu a lektor Jerome Quintin pracovali na doladení predpovedí a skúmaní spojenia teórie s fyzikou častíc.
„Naša teória vytvára most medzi kvantovou gravitáciou a dátami, ktoré môžeme dnes merať. To otvára príležitosť testovať predpovede, ktoré boli kedysi čisto teoretické,“ dodáva Liu.
V súčasnosti kozmológia vstupuje do éry presných meraní. Nové prístroje dokážu mapovať galaxie, skúmať kozmické mikrovlnné pozadie aj gravitačné vlny s bezprecedentnou presnosťou. Zároveň sa odhaľujú limity jednoduchých modelov inflácie, čo zvyšuje význam nových prístupov postavených na základnej fyzike.
Tento rámec teda umožňuje priame spojenie medzi kvantovou gravitáciou a pozorovaniami vesmíru a ponúka konkrétne predpovede, ktoré môže budúca generácia experimentov overiť.
