How solutions to the worst prediction ever made in physics

Πώς λύσεις στη χειρότερη πρόβλεψη που έγινε ποτέ στη φυσική

Η κοσμολογική σταθερά, που εισήγαγε ο Albert Einstein στη θεωρία της γενικής σχετικότητας πριν από έναν αιώνα, είναι ένα αγκάθι από την πλευρά των φυσικών.

Η διαφορά μεταξύ της θεωρητικής πρόβλεψης αυτής της παραμέτρου και της μέτρησης που βασίζεται σε αστρονομικές παρατηρήσεις είναι από 10121.

Δεν θα ήταν εκπληκτικό να γνωρίζουμε ότι αυτή η εκτίμηση θεωρείται η χειρότερη σε ολόκληρη την ιστορία της φυσικής.

Σε άρθρο που δημοσιεύτηκε στο Physics Letters B, ένας ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης (UNIGE), Ελβετία, προτείνει μια προσέγγιση που θα μπορούσε να λύσει αυτή την ανωμαλία.

Η βασική ιδέα της εργασίας είναι να δεχτεί ότι μια άλλη σταθερά – η παγκόσμια γεννητική βαρύτητα του Νεύτωνα G, η οποία είναι επίσης μέρος των εξισώσεων γενικής σχετικότητας – μπορεί να αλλάξει.

Αυτό το δυνητικά σημαντικό επίτευγμα, το οποίο έχει επιτευχθεί θετικά από την επιστημονική κοινότητα, πρέπει ακόμα να προχωρήσει στη δημιουργία προβλέψεων που μπορούν να επιβεβαιωθούν εμπειρικά (ή να αντικρουστούν).

“Η δουλειά μου περιλαμβάνει μια νέα μαθηματική προσέγγιση στις εξισώσεις γενικής σχετικότητας που τελικά συμβιβάζει τη θεωρία και τις παρατηρήσεις με την κοσμολογία”, λέει ο Lucas Lombriser, βοηθός καθηγητής και ο μόνος στο τμήμα θεωρητικών φυσικών στην UNIGE School of Science. Συγγραφέας του άρθρου.

Επέκταση σε πλήρη επιτάχυνση

Πριν από έναν αιώνα, η κοσμολογική σταθερά لام (λάμδα) εισήχθη στις γενικές εξισώσεις σχετικότητας από τον Αϊνστάιν. Ο διάσημος φυσικός χρειάστηκε συνέχεια για να εξασφαλίσει ότι η θεωρία του ήταν συμβατή με το σύμπαν που πίστευε ότι ήταν σταθερό.

Ωστόσο, το 1929 ένας άλλος φυσικός – ο Edwin Hubble – ανακάλυψε ότι οι γαλαξίες απομακρύνονταν ο ένας από τον άλλο, σε ένα σημάδι ότι το σύμπαν ήταν ήδη επεκτεινόμενο.

Μόλις διαπίστωσε, ο Αϊνστάιν απέρριψε το γεγονός ότι έκανε την κοσμολογική σταθερά, η οποία έμεινε αλώβητη στα μάτια του, και μάλιστα την περιγράφει ως “το μεγαλύτερο ελάττωμα της ζωής μου”.

Το 1998, μια αυστηρή ανάλυση του μακρινού Μεγάλου Αγώνα παρείχε αποδείξεις ότι η επέκταση του σύμπαντος, που είναι συνεχής, συμβαίνει πραγματικά γρήγορα, σαν μια μυστηριώδης δύναμη να κατακλύζει το σύμπαν πιο γρήγορα.

Η κοσμολογική σταθερά περιγράφεται και πάλι, για να περιγράψει αυτό που οι φυσικοί ονομάζουν “ενέργεια κενού” – ενέργεια άγνωστης φύσης (μιλώντας για σκοτεινή ενέργεια, πεντατονική κλπ.) Αλλά είναι υπεύθυνη για την ταχεία επέκταση του σύμπαντος. .

Η ισορροπία του σουπερνόβα, ειδικά το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (ακτινοβολία μικροκυμάτων από όλα τα μέρη του ουρανού που πιστεύεται ότι είναι από το Big Bang) μας επέτρεψε να μετρήσουμε την πειραματική αξία της κοσμολογίας. Σταθερός.

Το αποτέλεσμα είναι ένας πολύ μικρός αριθμός (1,11 × 10-52 m -2) ο οποίος εξακολουθεί να είναι αρκετά μεγάλος ώστε να παράγει το επιθυμητό αποτέλεσμα της επιταχυνόμενης επέκτασης.

Μια μεγάλη διαφορά μεταξύ θεωρίας και παρατήρησης

Το πρόβλημα είναι ότι η θεωρητική αξία της κοσμολογικής σταθεράς είναι πολύ διαφορετική.

Η τιμή αυτή επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας τη θεωρία κβαντικού πεδίου: θεωρείται ότι τα ζεύγη σωματιδίων σε πολύ μικρές σειρές καταστρέφονται σε κάθε σημείο του χώρου και σχεδόν αμέσως ανά πάσα στιγμή.

Η ενέργεια αυτής της «ταλάντωσης κενού» ερμηνεύεται ως ένα πραγματικό φαινόμενο – μια συμβολή στην κοσμολογική σταθερά.

Αλλά όταν υπολογίζεται η τιμή του, αποκτάται πολύ μεγαλύτερος αριθμός (3.83 × 10 + 69 m -2), ο οποίος αντιβαίνει σε μεγάλο βαθμό στην πειραματική τιμή.

Αυτή η εκτίμηση είναι μακράν η μεγαλύτερη διαφορά (από τον παράγοντα 10121) μεταξύ θεωρίας και εμπειρίας σε όλη την επιστήμη.

Το πρόβλημα των κοσμολογικών σταθερών είναι ένα από τα “πιο” θέματα της τρέχουσας θεωρητικής φυσικής και κινητοποιεί πολλούς ερευνητές σε όλο τον κόσμο.

Ο καθένας εξετάζει τις γενικές σχετικιστικές εξισώσεις όλων των κομμάτων που προσπαθούν να λύσουν ιδέες που θα λύσουν αυτό το ζήτημα. Παρά την ανάπτυξη πολλών στρατηγικών, δεν υπάρχει συναίνεση για το χρονοδιάγραμμα.

Ο καθηγητής Lumbreser, από την πλευρά του, ανέπτυξε την αρχική ιδέα πριν από μερικά χρόνια να εισαγάγει τη διαφορά στις παγκόσμιες σταθερές της βαρύτητας G (Newton) που εμφανίζονται στις εξισώσεις του Αϊνστάιν.

Αυτό σημαίνει ότι το σύμπαν στο οποίο ζούμε (με 6.674 08 x 10-11 m 3 / kg s2 K g) γίνεται μια ειδική περίπτωση μεταξύ ενός άπειρου αριθμού διαφορετικών θεωρητικών δυνατοτήτων.

Μετά από πολλές εξελίξεις και παραδοχές, η μαθηματική προσέγγιση του καθηγητή Lombardi σημαίνει ότι είναι δυνατόν να υπολογιστεί η παράμετρος ΩΛ (omega-lambda), ένας άλλος τρόπος έκφρασης των κοσμικών σταθερών, αλλά είναι πολύ πιο εύκολο να αντιμετωπιστεί.

Αυτή η παράμετρος καθορίζει επίσης το τρέχον κλάσμα του σύμπαντος που αποτελείται από σκοτεινή ενέργεια (που αποτελείται από την υπόλοιπη ύλη). Η θεωρητική αξία που έλαβε ο φυσικός στη Γενεύη είναι 0.704 ή 70.4%.

Ο αριθμός αυτός είναι κοντά στην καλύτερη πειραματική εκτίμηση που προέκυψε από 1,4 συμφωνίες με 5 ή 4 τοις εκατό.

Αυτή η αρχική επανάσταση απαιτεί περαιτέρω ανάλυση για να εξακριβωθεί εάν το νέο πλαίσιο που προτείνεται από τον Lombriser μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ερμηνεύσει ή να διευκρινίσει άλλα μυστικά της κοσμολογίας.

Οι φυσικοί έχουν ήδη προσκληθεί σε επιστημονικά συνέδρια για να παρουσιάσουν και να εξηγήσουν τις απόψεις τους, αντικατοπτρίζοντας το ενδιαφέρον που έχει η κοινωνία.

Leave a Comment