Teoria care schimbă tot ce știm despre Univers. Fizicienii, aproape de a rezolva cea mai grea provocare

Teoria stringurilor / sursa foto: dreamstime.com

Teoria care  explică atât gravitația, cât și lumea cuantică este pe cale să fie descoperită. O echipă de fizicieni a propus o nouă abordare teoretică a celei mai mari provocări din fizica teoretică, conform Live Science.

Teoria care explică atât gravitația, cât și lumea cuantică

Într-un studiu recent publicat în jurnalul Reports on Progress in Physics, cercetătorii sugerează o reformulare a gravitației care ar putea oferi o descriere complet compatibilă cu principiile cuantice, fără a recurge la concepte precum dimensiuni suplimentare sau caracteristici exotice, necesare în alte modele mai speculative, cum ar fi teoria corzilor.

Această teorie se bazează pe o reconceptualizare a comportamentului gravitației la nivel fundamental. În timp ce forțele electromagnetică, nucleară slabă și nucleară tare sunt complet descrise prin teoria cuantică, gravitația rămâne o excepție.

Relativitatea generală, teoria lui Einstein despre gravitație, afirmă că aceasta rezultă din deformarea geometriei spațiu-timpului în prezența masei și energiei. Totuși, încercările de a unifica teoria cuantică cu relativitatea generală se confruntă cu inconsistențe matematice grave, cum ar fi probabilitățile infinite.

Câmpul gravitațional, reinerpretat cu ajutorul teoriei cuantice

Noua abordare reinterpretează câmpul gravitațional într-un mod care reflectă structura teoriilor cuantice de câmp deja cunoscute.

„Descoperirea esențială este că teoria noastră oferă o nouă viziune asupra gravitației cuantice, similară cu formulările altor interacțiuni fundamentale din Modelul Standard”, a declarat Mikko Partanen, fizician la Universitatea Aalto din Finlanda și co-autor al studiului, pentru Live Science.

În loc să curbeze continuumul spațiu-timp, acest nou model propune că gravitația este mediată de patru câmpuri interconectate, fiecare având asemănări cu câmpul electromagnetic.

Aceste câmpuri reacționează la masă într-un mod similar cu modul în care câmpurile electric și magnetic răspund la sarcină și curent. Ele interacționează între ele și cu câmpurile din Modelul Standard, reproducând relativitatea generală la nivel clasic, dar permițând și o explicație consistentă a efectelor cuantice.

Datorită structurii sale, noul model reușește să evite problemele matematice care au împiedicat, de-a lungul timpului, eforturile de cuantificare a relativității generale.

Teoria evită problemele de până acum

Autorii susțin că acest cadru produce o teorie cuantică bine definită, care evită problemele obișnuite, cum ar fi infinitezimalitățile în cantitățile observabile și probabilitățile negative pentru procese fizice, care apar atunci când relativitatea generală este aplicată în lumea cuantică prin metode convenționale.

Unul dintre principalele avantaje ale acestei abordări este simplitatea sa. Spre deosebire de multe modele de gravitație cuantică care necesită particule încă nedetectate sau forțe adiționale, această teorie se bazează pe concepte deja cunoscute.

„Principalul avantaj al teoriei noastre este că nu necesită dimensiuni suplimentare fără suport experimental direct”, a adăugat Jukka Tulkki, profesor la Universitatea Aalto și co-autor al studiului.

„De asemenea, teoria nu necesită parametrii liberi în afara constantelor fizice cunoscute”, ceea ce înseamnă că poate fi testată fără a aștepta descoperirea unor noi particule sau modificarea legilor existente ale fizicii.

„Orice experimente viitoare privind gravitația cuantică pot fi utilizate direct pentru a verifica predicțiile formulate de teorie”, a completat Tulkki. Deși acest model este încă la început, calculele preliminare sugerează că teoria se comportă bine în cadrul verificărilor de consistență, dar o demonstrație completă a consistenței sale rămâne de elaborat.

Teoria nu răspunde încă la întrebări fundamentale

În plus, acest cadru teoretic nu a fost încă aplicat pentru a răspunde la întrebări fundamentale din fizica gravitațională, cum ar fi natura singularităților din găurile negre sau fizica Big Bang-ului, explozia primordială care se crede că a dus la nașterea Universului.

„Deși teoria nu poate răspunde încă la aceste provocări majore, are potențialul de a o face în viitor”, a afirmat Mikko Partanen.

Verificarea experimentală a teoriei ar putea fi extrem de dificilă, pentru că gravitația este cea mai slabă dintre forțele cunoscute, iar proprietățile sale cuantice sunt extrem de subtile.

Testarea directă a efectelor gravitației la nivel cuantic depășește capacitățile instrumentelor noastre actuale.

„Testarea efectelor gravitației la nivel cuantic reprezintă o mare provocare din cauza interacțiunii gravitaționale extrem de slabe”, a explicat Tulkki. Totuși, având în vedere că teoria nu include parametrii reglabili, orice experiment viitor care demonstrează comportamentul gravitației la nivel cuantic ar putea confirma sau infirma această nouă teorie.

„Având în vedere ritmul actual al progresului teoretic și observațional, ar putea dura câteva decenii până la primele experimente de pionierat care să ofere dovezi directe ale efectelor cuantice ale gravitației. Dovezi indirecte prin observații avansate ar putea fi obținute mai devreme”, a adăugat Partanen.

În prezent, cadrul teoretic propus de Mikko Partanen și Jukka Tulkki deschide o nouă direcție de cercetare pentru fizicienii teoreticieni care caută o teorie cuantică a gravitației, una care să rămână ancorată în succesul fizicii particulelor și care să aibă potențialul de a descifra unele dintre cele mai profunde mistere ale Universului.