Nema Velikog praska? Kvantna jednadžba predviđa da Svemir nema početak
Svemir je možda postojao zauvijek, prema novom modelu koji primjenjuje kvantne ispravke kako bi nadopunio Einsteinovu teoriju opće relativnosti. Model također može uzeti u obzir tamnu tvar i tamnu energiju, rješavajući više problema odjednom.
Općenito prihvaćena starost svemira, prema procjeni opće relativnosti, iznosi 13,8 milijardi godina. U početku se mislilo da je sve što postoji zauzimalo jednu beskonačno gustu točku, ili singularnost. Tek nakon što se ova točka počela širiti u "Velikom prasku", svemir je službeno počeo. Iako singularitet Velikog praska proizlazi izravno i neizbježno iz matematike opće relativnosti, neki znanstvenici ga smatraju problematičnim jer matematika može objasniti samo ono što se dogodilo neposredno nakon - ne u ili prije - singularnosti.
"Singularnost Velikog praska je najozbiljniji problem opće relativnosti jer se čini da se zakoni fizike tu lome", rekao je za Ahmed Farag Ali sa Sveučilišta Benha i grada znanosti i tehnologije Zewail u Egiptu. Ali i koautor Saurya Das sa Sveučilišta Lethbridge u Alberti u Kanadi pokazali su u radu da se singularnost Velikog praska može riješiti njihovim novim modelom u kojem svemir nema početak i kraj.
Preispitane stare ideje
Fizičari naglašavaju da se njihovi termini kvantne korekcije ne primjenjuju ad hoc u pokušaju da se specifično eliminira singularnost Velikog praska. Njihov se rad temelji na idejama teoretskog fizičara Davida Bohma, koji je također poznat po svojim doprinosima filozofiji fizike. Počevši od 1950-ih, Bohm je istraživao zamjenu klasične geodezije (najkraći put između dvije točke na zakrivljenoj površini) kvantnim putanjama.
U svom radu, Ali i Das su primijenili ove Bohmianove putanje na jednadžbu koju je 1950-ih razvila fizičarka Amal Kumar Raychaudhuri na Sveučilištu u Kalkuti u Indiji. Raychaudhuri je također bio Dasov učitelj kada je on bio student preddiplomskog studija te institucije u devedesetima.
Koristeći kvantno ispravljenu Raychaudhurijevu jednadžbu, Ali i Das su izveli kvantno ispravljene Friedmannove jednadžbe, koje opisuju širenje i evoluciju svemira (uključujući Veliki prasak) u kontekstu opće relativnosti. Iako to nije prava teorija kvantne gravitacije, model sadrži elemente i iz kvantne teorije i iz opće teorije relativnosti. Ali i Das također očekuju da će se njihovi rezultati održati čak i kada se formulira potpuna teorija kvantne gravitacije.
Nema singularnosti niti mračnih stvari
Osim što ne predviđa singularnost Velikog praska, novi model ne predviđa ni singularnost "velikog krckanja". U općoj relativnosti, jedna je moguća sudbina svemira da se počne smanjivati dok se ne uruši u sam sebe u velikom škripcu i ponovno postane beskonačno gusta točka.
Ali i Das objašnjavaju u svom radu da njihov model izbjegava singularnosti zbog ključne razlike između klasičnih geodezija i Bohmovih putanja. Klasične geodezije na kraju se križaju, a točke u kojima se konvergiraju su singularnosti. Nasuprot tome, Bohmove putanje se nikada ne križaju, pa se singularnosti ne pojavljuju u jednadžbama.
U kozmološkom smislu, znanstvenici objašnjavaju da se kvantne korekcije mogu smatrati pojmom kozmološke konstante (bez potrebe za tamnom energijom) i pojmom zračenja. Ovi pojmovi drže svemir na konačnoj veličini i stoga mu daju beskonačnu starost. Pojmovi također daju predviđanja koja se usko slažu s trenutnim opažanjima kozmološke konstante i gustoće svemira.
Nova gravitacijska čestica
U fizičkom smislu, model opisuje svemir kao da je ispunjen kvantnom tekućinom. Znanstvenici predlažu da bi se ova tekućina mogla sastojati od gravitona - hipotetičkih čestica bez mase koje posreduju silu gravitacije. Ako postoje, smatra se da gravitoni igraju ključnu ulogu u teoriji kvantne gravitacije.
U povezanom radu, Das i drugi suradnik, Rajat Bhaduri sa Sveučilišta McMaster u Kanadi, dodatno su potvrdili ovaj model. Oni pokazuju da gravitoni mogu formirati Bose-Einsteinov kondenzat (nazvan po Einsteinu i drugom indijskom fizičaru, Satyendranathu Boseu) na temperaturama koje su bile prisutne u svemiru u svim epohama.
Potaknuti potencijalom modela da razriješi singularnost Velikog praska i uzme u obzir tamnu tvar i tamnu energiju, fizičari planiraju rigoroznije analizirati svoj model u budućnosti. Njihov budući rad uključuje ponovno izvođenje studija uzimajući u obzir male nehomogene i anizotropne perturbacije, ali ne očekuju da će male perturbacije značajno utjecati na rezultate.
"Zadovoljstvo je primijetiti da takve jednostavne korekcije potencijalno mogu riješiti toliko problema odjednom", rekao je Das.
Izvor: Physics Letters B.