Nova teorija kvantne gravitacije mogla bi riješiti najveću zagonetku u Kozmologiji

Nova teorija kvantne gravitacije, koja nastoji spojiti kvantnu fiziku s Einsteinovom relativnošću, mogla bi pomoći u rješavanju zagonetke širenja svemira, predlaže teorijski rad. Varijacija teorije kvantne gravitacije — ujedinjenje kvantne mehanike i Einsteinove opće relativnosti — mogla bi pomoći u rješavanju jedne od najvećih zagonetki u kozmologiji, prema novim istraživanjima.

Zagonetka Hubbleovog Parametra

Gotovo stoljeće znanstvenici su svjesni da se svemir širi. No, u posljednjim desetljećima, fizičari su otkrili da različite vrste mjerenja brzine širenja — poznate kao Hubbleov parametar — daju zbunjujuće nedosljednosti. Kako bi riješili ovaj paradoks, nova studija sugerira uključivanje kvantnih efekata u jednu od glavnih teorija korištenih za određivanje brzine širenja. “Pokušali smo riješiti i objasniti nesklad između vrijednosti Hubbleovog parametra iz dvije različite vrste opažanja,” rekao je suautor studije P.K. Suresh, profesor fizike na Sveučilištu Hyderabad u Indiji, za Live Science putem e-pošte. Širenje svemira prvi je otkrio Edwin Hubble 1929. godine. Njegova opažanja s najvećim teleskopom tog vremena pokazala su da se galaksije koje su dalje od nas čine kao da se brže udaljavaju. Iako je Hubble isprva precijenio brzinu širenja, naknadna mjerenja su precizirala naše razumijevanje, utvrđujući sadašnji Hubbleov parametar kao vrlo pouzdan. Krajem 20. stoljeća, astrofizičari su uveli novu tehniku za mjerenje brzine širenja promatranjem kozmičke mikrovalne pozadine, sveprisutnog “nakonžara” Velikog praska.

Problemi s Mjerenjima

Međutim, ozbiljan problem pojavio se s ove dvije vrste mjerenja. Konkretno, novija metoda dala je vrijednost Hubbleovog parametra gotovo 10% nižu od one izvedene iz astronomskih opažanja udaljenih kozmičkih objekata. Takve nesuglasice između različitih mjerenja, nazvane Hubbleovom napetošću, ukazuju na potencijalne nedostatke u našem razumijevanju evolucije svemira. U studiji objavljenoj u časopisu Classical and Quantum Gravity, Suresh i njegov kolega sa Sveučilišta Hyderabad, B. Anupama, predložili su rješenje za usklađivanje ovih različitih rezultata. Naglasili su da fizičari neizravno izvode Hubbleov parametar koristeći model evolucije svemira temeljen na Einsteinovoj teoriji opće relativnosti. Tim je argumentirao potrebu za revizijom ove teorije kako bi se uključili kvantni efekti. Ovi efekti, svojstveni temeljnim interakcijama, uključuju nasumične fluktuacije polja i spontano stvaranje čestica iz vakuuma prostora.

Izazovi i Perspektive

Unatoč sposobnosti znanstvenika da integriraju kvantne efekte u teorije drugih polja, kvantna gravitacija ostaje nedostižna, što čini detaljne izračune izuzetno teškim ili čak nemogućim. Dodatno, eksperimentalne studije ovih efekata zahtijevaju postizanje temperatura ili energija mnogo veći od onih koji su mogući u laboratoriju. Svjesni tih izazova, Suresh i Anupama usredotočili su se na široke efekte kvantne gravitacije zajedničke mnogim predloženim teorijama. “Naša jednadžba ne mora uzeti u obzir sve, ali to nas ne sprječava da eksperimentalno testiramo kvantnu gravitaciju ili njezine efekte,” rekao je Suresh. Njihova teorijska istraživanja otkrila su da uzimanje u obzir kvantnih efekata prilikom opisivanja gravitacijskih interakcija u najranijoj fazi širenja svemira, nazvanoj kozmička inflacija, može doista izmijeniti predviđanja teorije o svojstvima mikrovalne pozadine u sadašnjosti, čineći dvije vrste mjerenja Hubbleovog parametra dosljednim.

Zaključak i Buduće Istraživanje

Naravno, konačni zaključci mogu se donijeti tek kada bude poznata cjelovita teorija kvantne gravitacije, ali čak i preliminarni nalazi su ohrabrujući. Štoviše, veza između kozmičke mikrovalne pozadine i kvantnih gravitacijskih efekata otvara put za eksperimentalno proučavanje ovih efekata u bliskoj budućnosti, rekao je tim. “Kvantna gravitacija bi trebala igrati ulogu u dinamici ranog svemira; stoga se njezin učinak može promatrati kroz mjerenja svojstava kozmičke mikrovalne pozadine,” rekao je Suresh. “Neke od budućih misija posvećenih proučavanju ove elektromagnetske pozadine imaju velike šanse i obećavajuće su za testiranje kvantne gravitacije.” Osim toga, autori sugeriraju da su kvantni gravitacijski fenomeni u ranom svemiru mogli oblikovati svojstva gravitacijskih valova emitiranih tijekom tog razdoblja. Otkrivanje tih valova pomoću budućih opservatorija gravitacijskih valova moglo bi dodatno osvijetliti karakteristike kvantne gravitacije. “Do sada su promatrani gravitacijski valovi iz različitih astrofizičkih izvora, ali gravitacijski valovi iz ranog svemira još nisu otkriveni,” rekao je Suresh. “Nadamo se da će naš rad pomoći u identifikaciji ispravnog inflacijskog modela i otkrivanju primordijalnih gravitacijskih valova s kvantnim gravitacijskim obilježjima.”