Astfel, ei au eliminat ipoteza existenței unei singularități din care se produce Big Bang-ul și au înlocuit-o cu conceptul de inflație cosmică produsă chiar de gravitație, conform unui nou studiu, publicat în revista Physical Review Letters, care se concentrează asupra ''gravitației cuantice'', transmite miercuri Space.com.
Teoria gravitației cuantice ar putea explica aspecte ale Big Bang-ului pe care teoria gravitației din 1915 a lui Albert Einstein, relativitatea generală, nu le ia în considerare - poate chiar eliminând conceptul dificil al unei singularități existente înainte de zorii Universului.
Demonstrarea conceptului de gravitație cuantică este un fel de Sfânt Graal pentru fizicieni, deoarece ar reduce decalajul dintre explicația pe care o avem despre Univers la scări cosmice vaste (relativitatea generală) și la scări minuscule (fizica cuantică).
Cu toate acestea, relativitatea generală nu eșuează doar la scară mică. Această teorie se prăbușește și atunci când încearcă să explice condițiile extreme de energie înaltă care au existat în primele momente ale Universului.
Pentru a rezolva această problemă, o echipă de cercetători, condusă de Niayesh Afshordi, profesor de fizică și astronomie la Universitatea din Waterloo și Institutul Perimeter, a explorat o teorie numită gravitație cuantică pătratică (quadratică).
Se pare că această teorie funcționează chiar și atunci când explică nașterea cosmosului în condiții de densitate și temperatură extreme.
''Relativitatea generală funcționează extraordinar de bine în multe contexte, dar când o analizăm până la limitele sale extreme, la Big Bang și o aplicăm în interiorul găurilor negre, ea prezice o singularitate: un moment în care densitatea, curbura și temperatura devin formal infinite. Acesta este de obicei un semn că teoria este împinsă dincolo de limitele în care poate fi de încredere'', a declarat Afshordi pentru Space.com.
''Cu alte cuvinte, relativitatea generală este probabil incompletă pentru a descrie chiar primele momente ale Universului, când efectele cuantice ar trebui să conteze și ele.''
Afshordi a explicat că, în imaginea standard a Big Bang-ului, oamenii de știință încep de obicei cu teoria gravitației a lui Einstein, apoi adaugă ingrediente suplimentare pentru a explica cele mai timpurii momente ale Universului, în special un ipotetic ''câmp de inflație'' pentru a explica expansiunea rapidă inițială a cosmosului.
''În noul studiu cercetătorii s-au întrebat dacă o parte din acel comportament al Universului timpuriu ar putea proveni direct din gravitație însăși, odată ce gravitația este extinsă într-un mod care rămâne mai bine descris la energii extrem de mari'', a spus el.
''Așadar, în loc să tratăm Big Bang-ul ca un punct în care ecuațiile noastre eșuează și apoi să completăm acest lucru cu presupuneri suplimentare, studiem o teorie în care gravitația conține deja ingredientele necesare pentru a descrie mai consistent acea fază ultra-timpurie''.
Extinderea consistentă cuantică a gravitației realizată în noul studiu recuperează un model de inflație cosmică timpurie, eliminând în același timp potențial conceptul tulburător al unei singularități inițiale.
''Modelul nostru se potrivește foarte bine cu datele actuale, în unele cazuri mai bine decât multe modele inflaționiste standard'', a spus Afshordi. ''Ceea ce m-a surprins cel mai mult a fost cât de natural a apărut o fază asemănătoare inflației odată ce teoria a fost tratată într-un cadru consistent de înaltă energie. Adesea ne gândim la inflație ca la ceva ce trebuie adăugat pe lângă gravitație, așa că este izbitor că aceasta ar putea apărea chiar din gravitație. Mai larg, a fost încurajator să vedem că o extindere relativ minimă a teoriei lui Einstein ar putea deja contribui mult la rezolvarea problemei profunde a originilor noastre cosmice''.
Cercetătorul a adăugat că următorul pas pentru echipă este de a perfecționa predicțiile observaționale ale modelului și de a le compara cu atenție cu datele viitoare.
''Există două direcții principale. Prima este teoretică: vrem să înțelegem mai pe deplin cadrul și să testăm cât de robuste sunt concluziile dincolo de cadrul simplificat pe care l-am studiat. A doua este observațională: vrem să elaborăm predicții mai clare pentru undele gravitaționale primordiale și alte relicve din Universul timpuriu. Acest ne va ajuta să determinăm dacă această idee poate fi distinsă de modelele mai convenționale de inflație'', a continuat Afshordi.
Rămășița primei lumini a universului
Dovezile observaționale care să ajute la confirmarea teoriei echipei ar putea proveni din unele dintre cele mai vechi semnale observabile din Univers, în special mici ondulații în spațiu și timp numite unde gravitaționale primordiale, precum și amprente subtile într-o radiație fosilă numită radiația cosmică de fond (CMB), o rămășiță a primei lumini a Universului.
''Acestea sunt printre puținele relicve care ne pot spune direct despre fizică în momente extrem de timpurii'', a spus Afshordi. ''Dacă observațiile viitoare detectează modelul corect al undelor gravitaționale primordiale sau alte amprente distinctive în CMB, aceasta ar putea oferi o modalitate de a testa dacă această imagine a Universului timpuriu este corectă sau dacă este necesară o explicație mai convențională'', a adăugat el.
