Bild wikipedia Ett exempel på kvantmekanik.
Casimirexperimentet påvisade att negativ energi kan existera i samband med
virtuella partiklar och till och med förflytta två metallplattor nära varandra.
Dr. Niayesh Afshordi, professor i fysik och
astronomi vid University of Waterloo och Perimeter Institute (PI) var ledare för forskargruppen som utarbetade en ny metod till att kombinera gravitation med
kvantfysik. Reglerna som styr hur de minsta partiklarna i universum beter sig.
Även om allmänna relativitetsteorin har varit framgångsrik i mer än ett sekel bryter
den ihop vid de extrema förhållanden som rådde då universum kom till enligt nuvarande teori om Big Bang. För att
lösa detta problem använde teamet kvadratisk kvantgravitation vilken förblir
matematiskt konsekvent även vid extremt höga energier liknande energin som fanns under
Big Bang.
De flesta befintliga förklaringar till Big Bang
bygger på Einsteins gravitationsteori, plus ytterligare komponenter som lagts
till efter hand. Ovan nya tillvägagångssätt erbjuder en mer enhetlig bild som
kopplar universums tidigaste ögonblick till den välbeprövade kosmologi som
forskare observerar idag.
Forskarteamet fann att Big Bangs snabba tidiga
expansion kan uppstå naturligt från denna enkla, konsekventa teori om
kvantgravitation, utan att lägga till några extra ingredienser. Denna tidiga
expansionsexplosion, oftast kallad inflation, är en central idé i modern
kosmologi eftersom den förklarar varför universum ser ut som det gör idag.
Deras nya modell förutspår också ett minimum av
de första små gravitationsvågorna. De små krusningar i rumtidens geometri som
skapades i de första ögonblicken efter Big Bang. Dessa signaler söks och hoppas upptäckas i kommande experiment vilket ger en sällsynt möjlighet att testa
idéer om universums kvantursprung.
"Vårt arbete visar att universums explosiva
tidiga tillväxt kunde skett direkt från en djupare gravitationsteori,"
beskriver Afshordi. "Istället för att lägga till nya delar till Einsteins teori
fann vi att den snabba expansionen uppstår naturligt när gravitationen
behandlas på ett sätt som förblir konsekvent vid extremt höga energier."
Forskarna blev förvånade över hur testbar deras
teori visade sig vara.
"Även om denna modell hanterar otroligt höga
energier, leder den till tydliga förutsägelser som dagens experiment kan leta efter," beskriver Afshordi. "Den direkta kopplingen mellan
kvantgravitation och insamlad data är sällsynt och spännande."
Tidpunkten för detta arbete är betydelsefull.
Kosmologin går in i en ny era av precision, där nya instrument kan mäta
universum med en aldrig tidigare möjlig noggrannhet. Kommande
galaxundersökningar, experiment med kosmisk bakgrund och
gravitationsvågsdetektorer blir nu tillräckligt känsliga för att testa idéer
som tidigare var rent teoretiska men omöjliga att bevisa eller bekräfta. Samtidigt hittar forskare begränsningar i de
enklaste modellerna för tidig universumexpansion vilket ökar behovet av nya
angreppssätt grundade i grundläggande fysik.
