Τρίτη, 3 Νοεμβρίου 2015

Το Big Bang δε συνέβη ποτέ;! Κβαντική εξίσωση επιτρέπει σύμπαν άπειρης ηλικίας..

universe timeline
Γράφημα χρονικής εξέλιξης του σύμπαντος βάσει θεωρίας Big Bang και μοντέλων πληθωρισμού
Credit: NASA/WMAP



Το πρόβλημα της μοναδικότητας

Σύμφωνα με νέο θεωρητικό μοντέλο το σύμπαν θα μπορούσε να υπάρχει από πάντα.. Το εν λόγω μοντέλο συμπληρώνει τη γενική θεωρία της σχετικότητας εφαρμόζοντας όρους κβαντικής διόρθωσης, ενώ λαμβάνει υπόψιν σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια, λύνοντας πολλαπλά προβλήματα ταυτόχρονα.

Η αποδεκτή χρονολόγηση του σύμπαντος από την ευρεία επιστημονική κοινότητα, ανέρχεται κατά προσέγγιση στα 13.8 δισεκατομμύρια χρόνια, όπως εκτιμάται από τη γενική σχετικότητα. Αρχικά όλη η ύπαρξη περιοριζόταν σε ένα σημείο άπειρης πυκνότητας (μοναδικότητα ή singularity) και μόνο όταν το αυτό σημείο άρχισε να επεκτείνεται μέσω της μεγάλης έκρηξης (Big Bang), επήλθε η επίσημη γέννηση του σύμπαντος.

Παρά το γεγονός πως η μοναδικότητα προκύπτει αναπόφευκτα από τα μαθηματικά της γενικής σχετικότητας, ταυτόχρονα η ίδια η μοναδικότητα αποτελεί το σημαντικότερο πρόβλημα της ίδιας θεωρίας, καθότι τα μαθηματικά μπορούν να εξηγήσουν τα συμβάντα μόνο αμέσως μετά την άρση της και όχι κατά την ύπαρξή της, ή νωρίτερα. Αυτό υποστηρίζει και ο Ahmed Farag Ali των Benha University και Zewail City of Science and Technology, (και τα 2 εδρεύουν στην Αίγυπτο), ο οποίος αναφέρει πως στο σημείο αυτό οι φυσικοί νόμοι φαίνεται να καταρρέουν.

Ο Ali μαζί με τον Saurya Das (coauthor) από το University of Lethbridge στην Alberta του Καναδά έδειξαν με δημοσίευση στο Physics Letters B πως το πρόβλημα της μοναδικότητας μπορεί να επιλυθεί με το νέο τους μοντέλο, που προτείνει ένα σύμπαν χωρίς αρχή και τέλος..


Η αναθεώρηση a priori γνώσης

Οι επιστήμονες σημειώνουν πως σκοπός της δουλειάς τους δεν ήταν η εξουδετέρωση της μοναδικότητας, αλλά πως οι όροι κβαντικής διόρθωσης που εισήγαγαν προήλθαν από ιδέες του David Bohm, ο οποίος στη δεκαετία του '50 μελέτησε την αντικατάσταση των κλασικών γεωδαισιακών - το ελάχιστο μονοπάτι μεταξύ 2 σημείων καμπύλης επιφάνειας - , με κβαντικές τροχιές. Οι Ali και Das εφάρμοσαν τις τελευταίες, σε εξίσωση που αναπτύχθηκε πάλι στην δεκαετία του '50 από τον φυσικό Amal Kumar Raychaudhuri του Presidency University στην Kolkata της Ινδίας.

Από την κβαντικά διορθωμένη εξίσωση του Raychaudhuri, η ερευνητική ομάδα παρήγαγε αντίστοιχα κβαντικά διορθωμένες εξισώσεις Friedmann, οι οποίες περιγράφουν την εξέλιξη και επέκταση του σύμπαντος στα πλαίσια της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Παρά το γεγονός πως δεν κάνουμε λόγο για μία πραγματική θεωρία κβαντικής βαρύτητας, το μοντέλο των Ali και Das περιλαμβάνει στοιχεία και από την κβαντική θεωρία, αλλά και από τη γενική σχετικότητα, με τους δημιουργούς του να υποστηρίζουν πως θα μείνει ακλόνητο ακόμα και μπροστά σε μία επικείμενη ολοκληρωμένη θεωρία κβαντικής βαρύτητας.


Άρση μοναδικότητας, σκοτεινής ύλης και σκοτεινής ενέργειας

Το νέο μοντέλο λοιπόν καταρρίπτει την μοναδικότητα, τόσο ως προς την μεγάλη έκρηξη (Big Bang), όσο και ως προς την μεγάλη σύνθλιψη (Big Crunch), που αποτελεί μία πιθανή κατάληξη του σύμπαντος με βάση τον τρέχον μοντέλο και περιγράφεται πάλι από την συγκέντρωση όλης της ύπαρξης σε ένα σημείο άπειρης πυκνότητας.

Η θεωρία των Ali και Das αποφεύγει τη μοναδικότητα, αφού οι Bohmian κβαντικές τροχιές εμφανίζουν μία ειδοποιό διαφορά ως προς τις κλασικές γεωδαισιακές. Ενώ οι κλασσικές γεωδαισιακές γραμμές διασταυρώνονται μεταξύ τους, με τα σημεία σύγκλισής τους να αποτελούν μοναδικότητες, στην περίπτωση των κβαντικών τροχιών δεν υφίσταται διασταύρωσή τους και κατ' επέκταση σημεία μοναδικότητας.

Σε όρους κοσμολογίας μπορούμε να εκλάβουμε τις κβαντικές διορθώσεις, ως μια κοσμολογική σταθερά σχετιζόμενη με την σκοτεινή ύλη, χωρίς την αναγκαιότητα της σκοτεινής ενέργειας, και έναν όρο ακτινοβολίας. Δεδομένου αυτού, στο προτεινόμενο μοντέλο, το σύμπαν παρουσιάζεται γεμισμένο με κβαντικό ρευστό, το οποίο συντίθεται από τα υποθετικά σωματίδια-φορείς της βαρύτητας γκραβιτόνια - gravitons - , ή τα υπέρψυχρα σωματίδια φαντάσματα αξιόνια - axions -. Προς επιπρόσθετη υποστήριξη του εν λόγω μοντέλου, ο Das με τον συνεργάτη του Rajat Bhaduri του McMaster University στον Καναδά σε άλλη δημοσίευσή τους απέδειξαν πως τα gravitons μπορούν να σχηματίσουν ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein σε θερμοκρασίες που παρατηρούνταν καθ' όλη την εξέλιξη του σύμπαντος.

Οι όροι διόρθωσης επιτρέπουν τη διατήρηση του σύμπαντος σε πεπερασμένες διαστάσεις προσδίδοντάς του εν δυνάμει άπειρη ηλικία. Επιπροσθέτως, οι προβλέψεις των κβαντικών διορθώσεων, συμφωνούν με τις τρέχουσες παρατηρήσεις της κοσμολογικής σταθεράς και της πυκνότητας του σύμπαντος καταργώντας την αναγκαιότητα της σκοτεινής ύπαρξης.


Συμπύκνωμα Bose-Einstein (Bose-Einstein Condensate ή BEC): Κατάσταση ύλης αραιού αερίου μποζονίων που ψύχονται σε θερμοκρασίες που προσεγγίζουν το απόλυτο 0. Υπό τις συνθήκες αυτές καταλαμβάνουν την κατώτερη κβαντική κατάσταση με αποτέλεσμα να εμφανίζονται μακροσκοπικά κβαντικά φαινόμενα.

references
phys.org
livescience.com
wikipedia.org

More information:
http://arxiv.org/abs/1404.3093v3
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269314009381




About the Author

Κώστας Παπαδόπουλος

Administrator

Απόφοιτος του Τμήματος Φυσικής της Σχολής Θετικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Πατρών, Web Developer και Blogger

 
Φυσική Επιστήμη - Physics Mag © 2015 - Designed by Templateism.com
Επικοινωνία: info@physicsmag.com