Теория Петлевой Квантовой Гравитации может стать шагом в новую сферу физики (3 фото)
Категория: Космос
4 августа 2020
Она также «разбавлена» обычной материей, которая составляет планеты, звезды и нас, но это только около 4% космоса. Хотя мы не знаем, что такое темная материя и темная энергия, мы знаем, как они себя ведут, поэтому модель CDM работает исключительно хорошо. Есть только одна маленькая проблема.
LCDM определяется несколькими параметрами, такими как значение постоянной Хаббла, которое определяет, насколько быстро расширяется Вселенная, или параметр плотности барионов, который описывает масштаб, при котором галактики собираются вместе. Несколько независимых экспериментов измерили эти параметры, и они получили результаты, которые немного не согласуются. Например, наблюдения далеких галактик дают постоянную Хаббла, которая превышает значение, полученное из космического микроволнового фона, КМФ (Cosmic Microwave Background, CMB). Эти разногласия известны как напряжение в модели LCDM. Это, пожалуй, самая большая проблема в современной космологии.
Одним из способов решения этой проблемы является поиск новых экспериментов, таких как те, которые связаны с астрономией гравитационных волн. Но до сих пор это не улучшило ситуацию. Другой путь - поиск новой физики, в частности, теорий, которые расширяют стандартную модель физики элементарных частиц.
Как и модель космологии LCDM, стандартная модель физики элементарных частиц работает очень хорошо. Но есть на ее границах возникают намеки на то, что может быть что-то еще. Например, в Стандартной модели нет частиц, способных объяснить темную материю. Таким образом, физики разработали модели, чтобы выйти за рамки стандартной модели. Наиболее популярным из них является класс моделей, известных как теория струн. Однако существует менее популярная модель, известная как петлевая квантовая гравитация, ПКГ (Loop Quantum Gravity, LQG).
Различные измерения Вселенной дают немного разные значения для темной материи и темной энергии. (Изображение: ESO)
В моделях ПКГ пространство и время имеют фундаментальную гранулярность в самых маленьких масштабах. Мы бы никогда не заметили этого в нашей повседневной жизни или даже в тех видах высокоэнергетических экспериментов, которые мы проводим на современных ускорителях частиц. Однако в самых интенсивных областях Вселенной, таких как внутренние области черных дыр или первые моменты Большого взрыва, эта гранулярность будет иметь большое значение.
Недавно команда изучила, как LQG могла взаимодействовать с энергией и веществом в период большого взрыва. Они обнаружили, что структура LQG в ранней Вселенной будет увеличена космическим расширением, чтобы сместить наблюдаемые космические параметры. Другими словами, напряжение, которое мы видим в модели LCDM, может быть результатом космического танца между очень маленьким и очень большим.
Это все хорошо. Но только то, что теория может работать, не значит, что теория работает. Поэтому команда ученых также искала способ отличить свою модель от других решений. Они обнаружили, что LQG также оставляет свой след на фоне космического микроволнового излучения. Если их модель верна, в КМФ должны быть кластеры небольших колебаний, которые не являются статистически случайными. Зернистая структура пространства и времени должна оставлять заметный отпечаток.
Эти колебания были бы слишком малы для наблюдения таких спутников, как Planck, но будущие миссии, такие как Cosmic Origins Explorer (Космический Исследователь Происхождения), должны их обнаружить. Если команда права, станет возможным не только разгадать тайну космического напряжения, но и сделать первый шаг в новую сферу физики.
Диаграмма, показывающая эволюцию Вселенной в соответствии с парадигмой Loop Quantum Origins. (Иллюстрация: APS/A. Stonebraker)
