Σάββατο, 4 Μαρτίου 2017

«Κβαντικά βήματα» προς τη Μεγάλη Έκρηξη

kbantika-bimata-pros-ti-megali-ekriksi
To σύμπαν αποτελείται από «άτομα του χώρου». Η κβαντική βαρύτητα, σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι η νέα θεωρία που χρειάζεται για να περιγράψει τα άτομα αυτά, καθώς και την εξέλιξη του σύμπαντος από τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης έως και σήμερα.

Η ενοποίηση της γενικής σχετικότητας με τη κβαντική φυσική, είναι εδώ και περίπου έναν αιώνα το όνειρο των φυσικών. Η ενοποιημένη θεωρία, η κβαντική βαρύτητα, θα πρέπει να είναι σε θέση να περιγράφει όλη την ιστορία του Σύμπαντος, από τη Μεγάλη Έκρηξη μέχρι και σήμερα, εντός ενός μοναδικού πλαισίου.

Επιστήμονες του Ινστιτούτου Max Planck στη Γερμανία, και του ερευνητικού κέντρου Perimeter στον Καναδά, δουλεύοντας προς αυτή την κατεύθυνση, κατάφεραν να αναπαράγουν μια από τις πιο γνωστές εξισώσεις της κοσμολογίας, την εξίσωση Friedmann, χρησιμοποιώντας επαναστατικές ιδέες.

Η σημερινή κατάσταση της φυσικής δεν επαρκεί για να περιγράψουμε επακριβώς τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό συμβαίνει γιατί ενώ η Γενική Σχετικότητα περιγράφει με επιτυχία φαινόμενα του μακρόκοσμου και η κβαντομηχανική φαινόμενα του μικρόκοσμου, και οι δύο καταρρέουν σε ακραίες συνθήκες ενεργειών. Ο χώρος και ο χρόνος σταματούν να έχουν νόημα εντός μια μαύρης τρύπας, ή τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης, υποδεικνύοντας πως μια θεωρία ενοποίησης, θα πρέπει να είναι ανεξάρτητη από το χωροχρόνο.

Η επαναστατική ιδέα που χρησιμοποίησαν οι επιστήμονες, ήταν να σταματήσουν να σκέφτονται το χωροχρόνο ως μια συνεχή οντότητα. Οι ερευνητές φαντάζονται πως ο ίδιος ο χώρος αποτελείται από «άτομα». Εφαρμόζοντας τις αρχές της κβαντικής μηχανικής και της σχετικότητας στα άτομα χώρου, προκύπτει μια ενοποιητική ιδέα. Είναι μια ιδέα που συνδέεται στενά με τη κβαντική βαρύτητα βρόχων, όμως οι ερευνητές την πήγαν ένα βήμα παραπέρα.

«Μπορούμε να περιγράψουμε τη συμπεριφορά μιας ποσότητας νερού που ρέει, χρησιμοποιώντας τους νόμους της υδροδυναμικής», λέει ο Daniele Orti, φυσικός του Ινστιτούτου Άλμπερτ Αϊνστάιν. «Όσο προχωράμε όμως σε μικρότερες κλίμακες, φτάνουμε στα άτομα, και τότε η υδροδυναμική δεν ισχύει. Χρειαζόμαστε τη κβαντική φυσική». Το ίδιο ισχύει και με το χώρο, λένε οι ερευνητές: η νέα θεωρία που χρειάζεται για να περιγράψει τα άτομα χώρου είναι η κβαντική βαρύτητα.

Το να εξαχθούν γενικότεροι νόμοι από τη συμπεριφορά «ατόμων» είναι μια επίπονη μαθηματική διαδικασία. Στο συγκεκριμένο έργο τα κατάφεραν όμως με μεγάλη επιτυχία, καθώς πρόκειται για την πρώτη φορά που ανακατασκευάζεται μια βασική εξίσωση που περιγράφει τον Σύμπαν, η εξίσωση Friedmann, από επιχειρήματα που ξεκινάνε από τα άτομα χώρου, φτάνοντας σε ένα Σύμπαν που διαστέλλεται, γεφυρώνοντας έτσι το χάσμα μικρόκοσμου και μακρόκοσμου. Ο Ρώσος μαθηματικός Alexander Friedmann, είχε εξάγει την ομώνυμη εξίσωση τη δεκαετία του 1920 από μια άλλη σκοπιά, χρησιμοποιώντας τη Γενική Σχετικότητα.

Το επόμενο βήμα για την ομάδα των ερευνητών είναι να ασχοληθούν με κάτι πολύ πιο δύσκολο: τη μελέτη της Μεγάλης Έκρηξης. Αν η προσπάθειά τους στεφθεί με επιτυχία ίσως μπορέσουν να εξηγήσουν μυστήρια της κοσμολογίας όπως ο κοσμικός πληθωρισμός και η σκοτεινή ενέργεια.

«Θα μπορέσουμε να καταλάβουμε πραγματικά την εξέλιξη του Σύμπαντος, μόνο όταν θα έχουμε μια θεωρία κβαντικής βαρύτητας» λέει ο φυσικός Lorenzo Sidoni, που συμμετείχε στην ομάδα. Η εργασία των ερευνητών δημοσιεύεται στο περιοδικό Physical Review Letters.