Fizica din prezent nu poate descrie ce s-a întâmplat în momentul Big Bangului. Teoria cuantică şi teoria relativităţii eşuează în ceea ce priveşte descrierea stării Universului din momentul Big Bangului, în care acesta era caracterizat de o densitate şi o temperatură aproape infinite. Doar o teorie atotcuprinzătoare a gravitaţiei cuantice, care ar unifica aceşti piloni fundamentali ai fizicii ar putea oferi o imagine asupra modului în care Universul a apărut.

 

 

Oamenii de ştiinţă din cadrul Max Planck Institute for Gravitaţional Physics (Albert Einstein Institute) din Golm/Potsdam şi Perimeter Institute din Canada au făcut o descoperire importantă în această direcţie. Conform teoriei lor, spaţiul este format din mici „blocuri constitutive". Considerând această ipoteză ca un punct de plecare, oamenii de ştiinţă ajung la una dintre cele mai importante ecuaţii ale cosmologiei, ecuaţia lui Friedmann, care descrie Universul. Acest lucru arată că mecanica cuantică şi teoria relativităţii pot fi, într-adevăr, unificate.

 


Spaţiul este format din mici celule elementare sau „atomi de spaţiu" în conformitate cu unele teorii moderne ale gravitaţiei cuantice ce încearcă să unifice relativitatea generală şi mecanica cuantică. Gravitaţia cuantică ar trebui să ne permită descrierea evoluţiei Universului de la momentul Big Bang până în zilele noastre printr-o singură teorie.
Credit: T. Thiemann (FAU Erlangen), Albert Einstein Institute, Milde Marketing Wissenschaftskommunikation

Timp de aproape un secol, cele două teorii fundamentale din fizică au existat în acelaşi timp, dar ele au fost ireconciliabile: în timp ce teoria lui Einstein, relativitatea generală, descrie gravitaţia şi, astfel, lumea aflată la o scară mare, fizica cuantică descrie lumea atomilor şi a particulelor elementare. Ambele teorii funcţionează foarte bine în cadrul domeniului lor de aplicabilitate, dar, cu toate acestea, ele nu se pot aplica, aşa cum sunt ele formulate în prezent, în anumite regiuni extreme, cum ar fi, de exemplu, cele aflate la o scară extrem de mică, aşa-numita scară Planck. Spaţiul şi timpul nu au nicio semnificaţie în interiorul găurilor negre sau, mai ales, în timpul Big Bangului.

Daniele Oriti din cadrul Albert Einstein Institute (AEI) consideră un fluid pentru a prezenta această situaţie: „noi putem descrie comportamentul unei ape curgătoare cu ajutorul teoriei clasice şi binecunoscute a hidrodinamicii. Dar dacă vom trece la o scară din ce în mai mică, atunci vom ajunge la nivelul atomilor individuali, acolo unde aceasta nu se mai aplică. În consecinţă, avem nevoie de fizica cuantică". La fel cum un lichid este compus din atomi, Oriti îşi imaginează spaţiul ca fiind format din mici celule sau „atomi de spaţiu" astfel încât este necesară o nouă teorie care să-i poată descrie pe aceştia: gravitaţia cuantică.

Spaţiul continuu este divizat în celule elementare

În teoria relativităţii a lui Einstein, spaţiul este un continuu. Oriti divizează acest spaţiu în mici celule elementare şi aplică principiile fizicii cuantice în cadrul lor în aşa fel încât spaţiul să poată fi descris de teoria relativităţii. Aceasta este ideea unificării.

O problemă fundamentală din cadrul gravitaţiei cuantice constă în realizarea unei descrieri a atomilor spaţiului la o scară imensă corespunzătoare dimensiunii Universului. Tocmai această descriere a reprezentat obiectul de cercetare al lui Oriti, colegului său Lorenzo Sindoni şi a lui Steffen Gielen, un postdoctorand al AIE, care acum este un cercetător în cadrul Perimeter Institute din Canada. Abordarea lor, considerată un succes, se bazează pe aşa-numita teorie cuantică de grup. Aceasta este strâns legată de teoria gravitaţiei cuantice în bucle, pe care AEI a dezvoltat-o de ceva timp.

Sarcina lor a constat în descrierea modului în care spaţiul din Univers a evoluat din celulele elementare. Revenind la analogia cu fluide: cum se poate ca teoria hidrodinamică a unei ape curgătoare să provină dintr-o teorie a atomilor?

Această sarcină matematică, extrem de solicitantă, a condus recent la un succes surprinzător. „În conformitate cu unele ipoteze speciale, spaţiul este creat din aceste blocuri de construcţii şi el evoluează ca un univers în expansiune", explică Oriti. „Pentru prima dată, am putut să deducem ecuaţia lui Friedmann cu ajutorul teoriei noastre complete a structurii spaţiului", a adăugat el. Această ecuaţie fundamentală care descrie Universul în expansiune a fost obţinută de matematicianul rus Alexander Friedman, în anul 1920, pe baza teoriei generale a relativităţii. Prin urmare, oamenii de ştiinţă au reuşit să reducă diferenţele în ceea ce priveşte descrierea lumii macroscopice şi a celei microscopice şi, în consecinţă, dintre teoria generală a relativităţii şi mecanica cuantică: ei arată că spaţiul este compus din aceste celule elementare şi el evoluează în forma unui univers care seamănă cu al nostru.

Gravitaţia cuantică poate acum răspunde la întrebările despre Big Bang

Oriti şi colegii săi consideră că se află la începutul unui drum dificil dar promiţător. Soluţia lor curentă este valabilă doar în cadrul unui univers omogen, dar lumea noastră reală este mult mai complexă. Ea conţine neomogenităţi reprezentate de planete, stele şi galaxii. Fizicienii lucrează în prezent pentru includerea acestora în teoria lor. Totodată, ei şi-au propus ceva foarte important ce ar reprezenta scopul lor final. Ei doresc să cerceteze dacă este posibil să descrie spaţiul chiar şi în timpul Big Bang-ului. Cu câţiva ani în urmă, Martin Bojowald, care a fost un cercetător din cadrul AEI, a găsit indicii în cadrul unei versiuni simplificate a teoriei gravitaţiei cuantice cu bucle care arată că timpul şi spaţiul pot fi, eventual, studiate până la momentul Big Bang. Cu ajutorul teoriei lor, Oriti şi colegii săi speră să confirme sau să îmbunătăţească acest rezultat.

În cazul în care teoria lor va fi încununată de succes, cercetătorii ar putea, probabil, să o folosească pentru a explica expansiunea inflaţionistă a universului la scurt timp după momentul Big Bang şi natura misterioasei energii întunecate. Acest câmp de energie determină ca Universul să se extindă într-un ritm accelerat.

Lorenzo Sindoni, un coleg al lui Oriti, adaugă: „Noi vom putea înţelege evoluţia universului atunci când o să avem o teorie a gravitaţiei cuantice". Cercetătorii din cadrul AEI se bucură de o companie selectă reprezentată de Einstein şi succesorii săi, cei care au încercat să descopere această teorie timp de aproape o sută de ani.



Traducere de Cristian-George Podariu după quantum-big cu acordul editorului

Pt a posta comentarii: creați un cont pe site, folosiți contul de FB, Twitter sau Google ori postați ca vizitator (fără nicio formalitate de înregistrare). Pt vizitatori comentariile sunt moderate (nu se publică automat).

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Loghează-te ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 


Sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()


Contact
| T&C | © 2020 Scientia.ro