Таинственная сила управляет Вселенной: физики впервые нашли доказательство ее существования

Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv, пишет Interesting Engineering.

Новая модель пространства-времени

Физики предложили новую модель пространства-времени, основанную на теории струн, чтобы объяснить темную энергию. Их теория предполагает, что в чрезвычайно малых масштабах пространство и время ведут себя иначе, чем мы воспринимаем их в повседневной жизни.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Физики утверждают, что пространство-время некоммутативно. Это означает, что порядок, в котором измеряются пространство и время, влияет на результат. Обычно в математике последовательность, в которой вы выполняете вычисления, не всегда имеет значение. Но в квантовой механике измерение положения до скорости дает другой результат, чем наоборот.

Такое поведение указывает на то, что пространство-время имеет квантовые свойства, и согласно теории струн, это квантовое поведение заставляет Вселенную расширяться все быстрее и быстрее с течением времени. Это явление известно, как ускоренное расширение Вселенной и считается, что оно вызвано влиянием темной энергии.

Темная энергия и квантовая гравитация

Новая модель физиков не только намекает на присутствие темной энергии, но и выдает значение, похожее на то, что ученые ранее измеряли. Более того, их открытие предполагает, что со временем темная энергия уменьшается. Данные наблюдений, собранные прибором DESI, установленном на телескопе в Национальной обсерватории Китт-Пик, США, подтверждают это предположение.

По словам ученых, они, возможно, получили первое наблюдательное доказательство подтверждающее теорию струн, и, возможно, первые наблюдаемые следствия теории струн и квантовой гравитации.

Ученые знали о том, что космос расширяется с ускорением с 1998 года, но они не смогли найти убедительных доказательств силы, движущей им, то есть темной энергии. Считается, что темная энергия вызвана квантовыми колебаниями в вакууме, но есть один нюанс.

Если темная энергия является результатом колебаний в вакууме, ее плотность должна оставаться постоянной. Но данные наблюдений DESI показывают, что плотность энергии уменьшается со временем. Этого не предсказывает ни стандартная космологическая модель, ни стандартная модель физики элементарных частиц. Поэтому физики обратились к теории струн, одному из ведущих кандидатов на роль теории квантовой гравитации.

Теория струн

Теория струн рассматривает элементарные частицы как крошечные, вибрирующие, одномерные объекты, называемыми струнами. Эти струны, в зависимости от их режимов вибрации, порождают различные частицы, включая гравитон, гипотетический квантовый носитель гравитации.

Физики применили теорию струн для анализа пространства-времени на квантовом уровне. Заменив описание частиц на структуру теории струн, ученые обнаружили, что само пространство-время по своей сути является квантовым и некоммутативным, что означает, что порядок, в котором координаты появляются в уравнениях, имеет значение.

Это позволило ученым вывести свойства темной энергии не только из экспериментальных данных, но и непосредственно из фундаментальной физической теории. Их модель не только дала плотность темной энергии, которая близко соответствует данным наблюдений, но и предсказала, что эта энергия должна уменьшаться со временем, что соответствует данным DESI.

Новое объяснение темной энергии связывает самую маленькую вещь, которую мы можем себе представить (длину Пдланка, связанную с квантовой гравитацией), с самой большой вещью, которую мы знаем (размером всей Вселенной). Такая связь имеет большое значение в физике, поскольку она намекает на то, что пространство-время некоммутативно.

Прорыв в физике

Новая модель предоставляет надежные теоретические доказательства космического ускорения, вызванного темной энергией, но необходимы дальнейшие исследования, которые могли бы подтвердить выводы физиков.

Будущие исследования будут сосредоточены на обнаружении квантовых интерференционных картин, которые указывают на наличие квантовой гравитации.

Если их выводы подтвердятся, они станут крупным прорывом не только в объяснении темной энергии, но и в предоставлении первых весомых доказательств теории струн — долгожданной цели фундаментальной физики.

Как уже писал Фокус, физики выяснили, что темная материя может существовать так долго, что сложно даже представить. Физики считают, что темная материя могла возникнуть еще до того, как появилась Вселенная в том виде, в котором мы ее знаем.