A kvantumgravitáció megoldhatja a kozmológia legnagyobb rejtélyét

NASA gravitációs hullámok hullám kvantumgravitáció

Kép: NASA’s Goddard Space Flight Center

Egy új tanulmány szerint a kvantumgravitáció segíthet megfejteni a világegyetem fő rejtvényét.

A 20. század elején úgy gondolták, a fizika mint tudományág gyakorlatilag kész van. A newtoni szabályrendszerben csak két apró nüánszot kellett megoldani: a nagyon nagy dolgok fizikáját, és a nagyon kicsit dolgokét.

A mindenség elmélete

Csakhogy ez a két terület távolról sem bizonyult olyan egyszerűnek, sőt, tanulmányozásuk a fizika teljesen új irányzatait nyitotta meg: az Einstein féle relativitást, valamint a kvantummechanikát.

Ráadásul, ami a legnagyobb probléma, hogy ez a két furcsa, de megalapozott irányzat a newtoni modellel is csak erőltetve fér össze, egymással viszont egyáltalán nem. A fizika a mindenség elméletének nevezi az egyenletet, amely a teljes univerzum működésének szabályrendszerét egyesíti. Bármennyire is elemi ez az egyenlet a tudomány szempontjából, a mai napig nem sikerült megfejteni, írja a Space.com. Olyan korszakalkotó zseniknek is beletört a bicskája, mint a már említett Einstein vagy Stephen Hawking.

A kvantumgravitáció lehet a híd?

A kvantumgravitáció új elmélete megpróbálja egyesíteni a kvantumfizikát az Einstein-féle relativitáselmélettel. Egy új kutatás szerint ráadásul a kvantumgravitáció elméletének egy variációja segíthet a kozmológia egyik legnagyobb rejtvényének megoldásában.

A tudósok közel egy évszázada tudják, hogy az univerzum tágul. De az elmúlt évtizedekben a fizikusok azt találták, hogy a tágulási sebesség különböző típusú mérései – úgynevezett Hubble-paraméterek – rejtélyes következetlenségeket mutatnak.

Egy apróságot kihagytak

Szó szerint. Ennek a paradoxonnak a feloldására egy új tanulmány azt javasolja, hogy a kvantumhatásokat vegyék bele a tágulási sebesség meghatározására használt egyik kiemelkedő elméletbe.

„Megpróbáltuk feloldani és megmagyarázni a Hubble-paraméter értékei közötti eltérést két különböző típusú megfigyelésből” – tette hozzá a tanulmány társszerzője, P.K. Suresh, az indiai Hyderabad Egyetem fizikaprofesszora e-mailben nyilatkozott a Live Science-nek.

A tágulás problémája

Az univerzum tágulását először Edwin Hubble azonosította 1929-ben. Az akkori legnagyobb távcsővel végzett megfigyelései felfedték, hogy a tőlünk távolabbi galaxisok nagyobb sebességgel távolodnak el. Bár a Hubble kezdetben túlbecsülte a tágulási sebességet, a későbbi mérések finomítottak a felfogásunkon, és a jelenlegi Hubble-paramétert rendkívül megbízhatónak minősítették.

Később új technikát vezettek be a tágulási sebesség mérésére a kozmikus mikrohullámú háttér, az ősrobbanás átfogó „utófényének” vizsgálatával.

Ezzel a kétféle méréssel azonban komoly probléma merült fel: az újabb módszer csaknem 10%-kal alacsonyabb Hubble-paraméterértéket produkált. A különböző mérések közötti ilyen eltérések, amelyeket Hubble-feszültségnek neveznek, potenciális hibákat jeleznek az univerzum evolúciójának megértésében.

A Hubble űrtávcső
Fotó: Wikimedia Commons/NASA

Megoldási javaslat

A Classical and Quantum Gravity folyóiratban megjelent tanulmány megoldást javasolt ezeknek az eltérő eredményeknek az összehangolására. Hangsúlyozták, hogy a fizikusok közvetetten következtetnek a Hubble-paraméterre, az univerzum Einstein általános relativitáselméletén alapuló evolúciós modelljét alkalmazva.

A csapat amellett érvelt, hogy belefoglalják a kvantumhatásokat. Ezek a hatások az alapvető kölcsönhatásokra jellemzőek, és magukban foglalják a véletlenszerű terepi fluktuációkat és a részecskék spontán létrejöttét a tér vákuumából.

Kvantum-bizonytalanság

Annak ellenére, hogy a tudósok képesek integrálni a kvantumhatásokat más területek elméleteibe, a kvantumgravitáció továbbra is megfoghatatlan, ami rendkívül megnehezíti vagy akár lehetetlenné teszi a részletes számításokat. Tovább rontja a helyzetet, hogy ezeknek a hatásoknak a kísérleti tanulmányozása során a laboratóriumnál sok nagyságrenddel magasabb hőmérsékletet vagy energiát kell elérni.

Elismerve ezeket a kihívásokat, Suresh és Anupama a sok javasolt elméletben közös kvantumgravitációs hatásokra összpontosított.

Elméleti feltárásuk kimutatta, hogy a kvantumhatások figyelembevétele az univerzum tágulásának legkorábbi szakaszában valóban megváltoztathatja az elméletnek a mikrohullámú háttér jelenlegi tulajdonságaira vonatkozó jóslatait, így a Hubble-paraméterek két típusa konzisztens.

Hogyan tovább?

Természetesen végső következtetéseket csak akkor lehet levonni, ha a kvantumgravitáció teljes értékű elmélete ismert, de már az előzetes megállapítások is biztatóak. Ezenkívül a kozmikus mikrohullámú háttér és a kvantumgravitációs hatások közötti kapcsolat megnyitja az utat e hatások kísérleti tanulmányozására a közeljövőben, mondta a csapat.

Ez is érdekelhet:

Ha szeretnéd segíteni a HellóMagyar munkatársainak munkáját és a független újságírást,
itt tudod támogatni az oldalunkat