Reteta pentru universAtunci când supa este încălzită ea va începe să fiarbă. Atunci când timpul şi spaţiul sunt încălzite, poate apărea un univers în expansiune fără a fi necesară producerea unui eveniment de tip „Big Bang".

 

 

 

Expansiunea unui univers se poate produce într-un mod extrem de simplu, spun oamenii de ştiinţă.


Această tranziţie de fază între un spaţiu gol, plictisitor şi un univers în expansiune care conţine masă a fost recent descrisă matematic de o echipă de cercetare din cadrul Vienna University of Technology împreună cu colegii de la Harvard University, Massachusetts Institute of Technology şi University of Edinburgh. Ideea din spatele acestui rezultat se bazează pe legătura remarcabilă dintre teoria cuantică a câmpului şi teoria relativităţii a lui Einstein.

Reteta pentru Univers
Reţetă pentru univers. Se adaugă căldură şi se amestecă.

O carte de bucate pentru spaţiu-timp

Toată lumea ştie despre tranziţiile care au loc între fazele lichide, solide şi gazoase. Timpul şi spaţiu pot suferi, de asemenea, tranziţii de fază, aşa cum fizicienii Steven Hawking şi Don Page au arătat în anul 1983. Ei au calculat că spaţiul gol se poate transforma într-o gaură neagră la o anumită temperatură.

Ar putea un proces similar să dea naştere unui întreg univers în expansiune, aşa cum este cel în care trăim? Daniel Grumiller de la Vienna University of Technology a încercat să afle răspunsul la această întrebare împreună cu colegii săi din SUA şi Marea Britanie. Calculele lor arată că există într-adevăr o temperatură critică la care un spaţiu-timp plat, gol, se transformă într-un univers în expansiune având masă. „Spaţiul-timp gol începe să fiarbă, se formează apoi mici bule dintre care una se extinde şi în cele din urmă ocupă tot spaţiul-timp existent", explică Grumiller.

Pentru ca acest lucru să fie posibil, universul trebuie să se rotească, deci reţeta pentru crearea universului este „se adaugă căldură şi se amestecă". Viteza de rotaţie necesară în acest scop este arbitrar de mică. Într-o primă etapă s-a considerat un spaţiu-timp cu doar două dimensiuni spaţiale. „Dar nu există niciun motiv pentru care aceleaşi condiţii să nu fie valabile şi pentru un univers cu trei dimensiuni spaţiale", spune Grumiller.

Grumiller
Daniel Grumiller încălzeşte spaţiul-timp, folosind creionul şi hârtia.


Privind la structura Universului


Universul nostru pare să nu fi apărut în acest fel. Modelul bazat pe tranziţia de fază nu este menit să înlocuiască teoria Big Bang-ului. „În prezent cosmologii ştiu o mulţime de lucruri despre universul timpuriu şi noi nu contestăm concluziile lor. Noi suntem interesaţi să aflăm care tranziţii de fază sunt posibile pentru timp şi spaţiu şi de modul prin care putem descrie matematic structura spaţiului-timp", spune Grumiller.

În mod normal noua teorie reprezintă următorul pas după aşa-numita „corespondenţă AdS-CFT", o conjectură invocată în anul 1997 şi care a influenţat de atunci în mod puternic cercetările din domeniul fizicii fundamentale. Aceasta descrie o conexiune ciudată între teoriile gravitaţiei şi teoriile cuantice de câmp, două domenii de cercetare care, la o primă vedere, nu ar avea multe în comun. În anumite cazuri limită, în conformitate cu corespondenţa AdS-CFT, afirmaţiile teoriilor cuantice de câmp pot fi traduse în afirmaţii ale teoriilor gravitaţionale şi viceversa. Acest lucru este aproape la fel de surprinzător precum ideea de a face declaraţii cu privire la o piatră care se prăbuşeşte pe sol prin calcularea temperaturii unui gaz fierbinte. Deşi două domenii complet diferite sunt conectate, metoda funcţionează.

În acest tip de corespondenţă teoria cuantică de câmp este întotdeauna descrisă cu o dimensiune mai puţin decât în cazul teoriei gravitaţionale. Acesta se numeşte „principiul holografic". Similar modului prin care o hologramă bidimensională poate descrie un obiect tridimensional, o teorie cuantică de câmp cu două dimensiuni spaţiale poate descrie o situaţie fizică în trei dimensiuni spaţiale.

Grumiller si Bagchi
Arjun Bagchi (dreapta) este un fizician din India ce lucrează împreună cu Daniel Grumiller (stânga) la corespondenţa holografică din spaţiul-timp plat.


Un principiu de corespondenţă pentru spaţiul-timp plat

Pentru a face acest lucru, calculele gravitaţionale trebuie să fie realizate, de obicei, într-o geometrie exotică, în aşa-numitele „spaţii anti-de-Sitter", care este destul de diferită de geometria plană pe care o utilizăm în mod obişnuit. Cu toate acestea, s-a bănuit de mai mult timp că ar putea exista o versiune similară a „principiului holografic" pentru spaţiul-timp plat. Pentru o lungă perioadă de timp nu au existat modele care să arate acest lucru.

Anul trecut Daniel Grumiller împreună cu colegii săi a conceput un astfel de model (cu două dimensiuni spaţiale, pentru simplitate). Acesta a condus la următoarea problemă: tranziţiile de fază din teoriile cuantice de câmp sunt binecunoscute. Din motive de simetrie asta ar însemna ca teoriile gravitaţionale să prezinte, de asemenea, astfel de tranziţii de fază.

„La început acesta a fost un mister pentru noi", spune Daniel Grumiller. „Acest lucru ar însemna o tranziţie de fază între un spaţiu-timp gol şi un univers în expansiune. Pentru noi acest lucru părea de necrezut". Cu toate acestea calculele au arătat exact acest lucru. „Noi suntem abia la început cu înţelegerea acestor relaţii de corespondenţă remarcabile", spune Daniel Grumiller. Ce idei noi despre universul nostru vor putea fi deduse din acestea este greu de spus, numai spaţiul-timp ne va spune.



Traducere de Cristian-George Podariu după universe-emerge-remarkably-simple-scientists, cu acordul Phys.org.

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.