شاید نظریهٔ جدیدی از گرانش کوانتومی بتواند بزرگترین معمای کیهان‌شناسی را توضیح دهد

دانشمندان نزدیک به یک قرن است که می دانند جهان در حال انبساط است. اما در دهه‌های اخیر، فیزیکدانان متوجه شده‌اند که انواع مختلف اندازه‌گیری‌های نرخ انبساط – که پارامتر هابل نامیده می‌شود – ناسازگاری‌های گیج‌کننده‌ای دارند.


به گزارش ایتنا و گزارش لایو ساینس، یک مطالعه جدید برای حل این تناقض، اضافه کردن اثرات کوانتومی به یکی از نظریه‌های اصلی مورد استفاده برای تعیین نرخ انبساط را پیشنهاد می‌کند.


BK Suresh (یکی از نویسندگان مطالعه و استاد فیزیک در دانشگاه هند) می گوید: “ما سعی کردیم اختلاف بین مقادیر پارامتر هابل را از دو نوع مشاهدات مختلف حل و توضیح دهیم.”


لازم به ذکر است که انبساط جهان برای اولین بار در سال 1929 توسط ادوین هابل کشف شد. مشاهدات او با استفاده از بزرگترین تلسکوپ آن زمان نشان داد که کهکشان های دورتر از ما با سرعت بیشتری دور می شوند. اگرچه هابل در ابتدا نرخ انبساط را بیش از حد تخمین زد، اما اندازه گیری های بعدی درک ما را بهبود بخشید و پارامتر فعلی هابل به عنوان یک مقدار بسیار قابل اعتماد تعیین شد.


در اواخر قرن بیستم، کیهان‌شناسان تکنیک جدیدی را برای اندازه‌گیری نرخ انبساط معرفی کردند که به پس‌زمینه مایکروویو کیهانی، «بقایای» همه‌جای انفجار بزرگ، نگاه می‌کرد.


با این حال، یک مشکل جدی با این دو نوع اندازه گیری به وجود آمد. به طور خاص، روش جدیدتر مقدار پارامتر هابل را تقریباً 10 درصد کمتر از آنچه از مشاهدات نجومی اجرام دور بدست می‌آید به دست می‌دهد. این تغییرات که مجموعاً تانسور هابل نامیده می شوند، نشانه ای از نقص های بالقوه در درک ما از تکامل جهان هستند.

در مطالعه ای که در مجله “Classical and Quantum Gravity” منتشر شد، سورش و همکارش بی. Anupama راه حلی را برای تطبیق این یافته های مختلف پیشنهاد کرد. آنها تأیید کردند که فیزیکدانان ضریب هابل را به طور غیرمستقیم با استفاده از مدلی از تکامل جهان بر اساس نظریه نسبیت عام اینشتین استنباط می کنند.


این گروه تحقیقاتی در صدد اصلاح این نظریه و افزودن اثرات کوانتومی برآمدند. این اثرات، همراه با فعل و انفعالات اساسی، شامل نوسانات تصادفی میدان و تشکیل خود به خودی ذرات از فضای آزاد است.


اگرچه دانشمندان توانسته‌اند اثرات کوانتومی را به نظریه‌های حوزه‌های دیگر بیفزایند، اما گرانش کوانتومی گریزان است و محاسبات دقیق آن بسیار دشوار یا حتی غیرممکن است. حتی مطالعات تجربی این اثرات مستلزم دسترسی به دما یا انرژی بسیار بالاتر از امکانات آزمایشگاهی است.


با توجه به این چالش ها، سورش و آنوپاما بر مفاهیم کلی گرانش کوانتومی مشترک در بسیاری از نظریه های پیشنهادی تمرکز کردند.


سورش می گوید: «معادله ما نیازی به در نظر گرفتن همه چیز ندارد، اما این بدان معنا نیست که آزمایش گرانش کوانتومی یا اثرات آن به صورت تجربی غیرممکن است.


اکتشافات نظری آنها نشان داد که اگر هنگام توصیف برهمکنش‌های گرانشی در مرحله اولیه انبساط کیهانی، که به تورم کیهانی معروف است، اثرات کوانتومی را در نظر بگیریم، این رویکرد می‌تواند پیش‌بینی‌های این نظریه را در مورد خواص فعلی میدان مایکروویو تغییر دهد و دو نوع از اندازه گیری کند پارامتر هابل


البته تنها زمانی می توان به نتیجه نهایی رسید که نظریه گرانش کوانتومی به طور کامل درک شود. با این حال، حتی نتایج اولیه امیدوارکننده است. علاوه بر این، ارتباط بین میدان مایکروویو کیهانی و اثرات گرانشی کوانتومی راه را برای مطالعه تجربی این اثرات در آینده نزدیک باز می کند.

سورش می گوید: «گرانش کوانتومی باید نقش مهمی در دینامیک جهان اولیه داشته باشد. بنابراین، اثر آن را می توان با اندازه گیری خواص تابش زمینه مایکروویو کیهانی مشاهده کرد.


لازم به ذکر است که تاکنون امواج گرانشی از منابع مختلف کیهانی مشاهده شده است، اما امواج گرانشی از کیهان اولیه هنوز کشف نشده است. سورش در پایان می‌گوید: «امیدواریم کار ما به تعریف مدل صحیح تورم و تشخیص امواج گرانشی اولیه با ویژگی‌های گرانش کوانتومی کمک کند.»