Νέα «συνταγή» για την βαρύτητα μπορεί να ενώσει τη γενική σχετικότητα με την κβαντική μηχανική

Μια νέα «συνταγή» για τη βαρύτητα θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση μερικών από τα μεγαλύτερα μυστήρια του Σύμπαντος. Υποδηλώνει ότι η έννοια της «κβαντικής βαρύτητας» θα μπορούσε να προκύψει από την εντροπία, λύνοντας πιθανώς γρίφους που θέτει το άπιαστο σκοτεινό Σύμπαν και αν ισχύει αυτή η νέα θεωρία θα μπορούσε επίσης να ενώσει τελικά τη γενική σχετικότητα του Άλμπερτ Αϊνστάιν με το κβαντικό βασίλειο.

Από τις αρχές του 20ου αιώνα, η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν ήταν η καλύτερη περιγραφή που έχουμε για το πώς λειτουργεί η βαρύτητα. Ωστόσο, ακριβώς όταν ο Αϊνστάιν βρήκε τη γενική σχετικότητα, οι επιστήμονες ανέπτυξαν επίσης τα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής.

Η λύση

Ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια εδώ αφορά το γεγονός ότι δεν υπάρχει θεωρία της «κβαντικής βαρύτητας». Το παράδοξο της μαύρης τρύπας που παραβίασε τον Στίβεν Χόκινγκ μπορεί να έχει μια λύση ισχυρίζεται η νέα θεωρία. Οι επιστήμονες βρίσκουν «απόκοσμη» κβαντική εμπλοκή σε απίστευτα μικροσκοπικές κλίμακες μέσα σε μεμονωμένα πρωτόνια

Αλλά εδώ έρχεται η Τζινέστρα Μπιανκόνι καθηγήτρια Εφαρμοσμένων Μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο Queen Mary του Λονδίνου που με δημοσίευση της στην επιθεώρηση «Physical Review D» προτείνει ένα πλαίσιο που θα έβλεπε την κβαντική βαρύτητα να προκύπτει από τη λεγόμενη «κβαντική σχετική εντροπία», μια έννοια που μετρά πόσο ανόμοιες είναι οι δύο κβαντικές καταστάσεις.

Η γενική σχετικότητα υποδηλώνει ότι η βαρύτητα προκύπτει επειδή τα σώματα με μάζα προκαλούν τη στρέβλωση του ιστού του χωροχρόνου (η τετραδιάστατη ενοποίηση του χώρου και του χρόνου). Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός αντικειμένου, τόσο πιο ακραία είναι η παραμόρφωση του χωροχρόνου και, επομένως, τόσο πιο ισχυρή είναι η βαρυτική επίδραση του αντικειμένου.

Αυτό έχει επαληθευτεί ξανά και ξανά, επιτρέποντας έτσι στη γενική σχετικότητα να αντικαταστήσει τη θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα ως την καλύτερη περιγραφή του σύμπαντος σε κοσμικές κλίμακες. Ωστόσο, η γενική σχετικότητα δεν μπορεί να εξηγήσει τα πάντα. Η σκοτεινή ύλη, η μυστηριώδης ουσία που υπερτερεί της συνηθισμένης ύλης κατά πέντε φορές, και η σκοτεινή ενέργεια, το άγνωστο συστατικό του σύμπαντος που οδηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή του, για παράδειγμα, δεν υπολογίζονται από τη γενική σχετικότητα.

Αυτό είναι ένα μεγάλο πρόβλημα γιατί η σκοτεινή ενέργεια αντιπροσωπεύει το 68% της συνολικής ύλης και ενέργειας στο σύμπαν, και η σκοτεινή ύλη αντιπροσωπεύει ένα άλλο 27% περίπου. Αυτό σημαίνει ότι το «σκοτεινό Σύμπαν» αντιπροσωπεύει περίπου το 95% του προϋπολογισμού ύλης-ενέργειας του Σύμπαντος, επομένως το «πράγμα» που μπορούμε άνετα να περιγράψουμε με τη γενική σχετικότητα αντιπροσωπεύει μόλις το 5% της ενέργειας και της ύλης στο σύμπαν. Έπειτα, υπάρχει το γεγονός ότι η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν δεν θα «παίζει ωραία» με την κβαντική φυσική.

Το νέο πεδίο

Το νέο πλαίσιο ή «συνταγή» για τη βαρύτητα, αν προτιμάτε, παίρνει τη μέτρηση του χωροχρόνου από τη γενική σχετικότητα που περιγράφει τη γεωμετρία του χώρου και του χρόνου με βάση τις αποστάσεις και τα διαστήματα μεταξύ των γεγονότων και το αντιμετωπίζει σαν μια μαθηματική οντότητα που ονομάζεται τελεστής.

Οι τελεστές χρησιμοποιούνται στην κβαντική φυσική για να εκτελούν μετασχηματισμούς σε κβαντικές καταστάσεις που προκύπτουν από αλλαγές σε φυσικούς παράγοντες. Αυτός ο τελεστής που βασίζεται στη γενική σχετικότητα οδηγεί σε μια νέα «εντροπική δράση» και σε τροποποιημένες εξισώσεις Αϊνστάιν.

Σε χαμηλές ενέργειες και σε περιοχές του Διαστήματος όπου υπάρχει μικρή καμπυλότητα, και επομένως μικρή βαρύτητα αυτές οι εξισώσεις αντιγράφουν εκείνες της γενικής σχετικότητας. Ωστόσο, αυτή η νέα έρευνα προχωρά παραπέρα. Προβλέπει την εμφάνιση μιας μικρής θετικής κοσμολογικής σταθεράς. Αυτό είναι σημαντικό επειδή η τιμή του ευθυγραμμίζεται καλύτερα με τις παρατηρήσεις της επιταχυνόμενης διαστολής του Σύμπαντος υπό την επίδραση της σκοτεινής ενέργειας σε σχέση με τις προβλέψεις άλλων σύγχρονων θεωριών.

Εκτός από αυτό, κάτι που ονομάζεται «πεδίο G» προκύπτει από αυτή τη θεωρία που θα μπορούσε να εξηγήσει τη βαρυτική επίδραση της σκοτεινής ύλης.
«Αυτή η εργασία προτείνει ότι η κβαντική βαρύτητα έχει εντροπική προέλευση και υποδηλώνει ότι το πεδίο G μπορεί να είναι υποψήφιο για τη σκοτεινή ύλη. Επιπλέον, η αναδυόμενη κοσμολογική σταθερά που προβλέπεται από το μοντέλο μας θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση της ασυμφωνίας μεταξύ των θεωρητικών προβλέψεων και των πειραματικών παρατηρήσεων της διαστολής του Σύμπαντος» λέει η Μπιανκόνι.

Φυσικά, είναι ακόμη πολύ νωρίς για αυτή τη θεωρία, αλλά δεδομένου του πόσο βαθιές θα μπορούσαν να είναι οι επιπτώσεις της για τη θεμελιώδη κατανόησή μας για τον κόσμο, πιθανότατα αξίζει να την εξερευνήσουμε.