Δεν υπήρξε «Μεγάλη Έκρηξη»; Κβαντική εξίσωση προβλέπει σύμπαν χωρίς αρχή και τέλος!

Το Σύμπαν μπορεί να υπήρχε πάντα, σύμφωνα με ένα νέο μοντέλο που εφαρμόζει όρους κβαντικής διόρθωσης για να συμπληρώσει την Γενική Σχετικότητα του Einstein. Το μοντέλο μπορεί να λαμβάνει υπόψη του τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, επιλύοντας πολλαπλά προβλήματα με μιας.

Η ευρέως αποδεκτή ηλικία του σύμπαντος, όπως εκτιμήθηκε από τη Γενική Σχετικότητα, είναι 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Στην αρχή θεωρείτο ότι όλη η ύπαρξη προσδιορίζονταν σε ένα απλό, άπειρης πυκνότητας, «σημείο» ή «μοναδικότητα» (θα μπορούσε να θεωρηθεί ως μια βαρυτική «ανωμαλία» και με αυτό τον όρο θα αναφέρεται από εδώ και πέρα). Μόνο μετά από τότε που το «σημείο» αυτό άρχισε να επεκτείνεται σε μια «Μεγάλη Έκρηξη», το σύμπαν άρχισε επίσημα να υπάρχει. Αν και η «ανωμαλία» της «Μεγάλης Έκρηξης» προέρχεται απευθείας και χωρίς να μπορεί να την αποφύγουμε από τα μαθηματικά της γενικής σχετικότητας, ορισμένοι επιστήμονες τη θεωρούν προβληματική, επειδή τα μαθηματικά μπορούν να εξηγήσουν μόνο ότι συμβαίνει αμέσως μετά την «ανωμαλία» και όχι σε αυτή την ίδια ή προηγουμένως από αυτήν.

Ωστόσο αυτή η «ανωμαλία» αποτελεί και το πιο σοβαρό πρόβλημα της γενικής σχετικότητας, επειδή οι νόμοι της φυσικής εμφανίζονται να καταρρέουν «εκεί». Δυο επιστήμονες, οι Ahmed Farag Ali (από το Πανεπιστήμιο της πόλης Benha ή Banha της Αιγύπτου) και Saurya Das (από το Πανεπιστήμιο της πόλης Lethbridge της Alberta στον Καναδά), σε εργασία που δημοσιεύεται στο περιοδικό Physics Letters B, δείχνουν ότι η «ανωμαλία» αυτή μπορεί να επιλυθεί με ένα νέο μοντέλο που προτείνουν, στο οποίο το σύμπαν δεν ξεκινά και δεν τελειώνει ποτέ.

Το έργο τους στηρίζεται σε ιδέα του θεωρητικού φυσικού David Bohm, που είναι γνωστός για τη συνεισφορά του στη φιλοσοφία της φυσικής. Ξεκινώντας το 1950, ο Bohm εξερεύνησε την αντικατάσταση των κλασικών γεωδαιτικών (που είναι η συντομότερη διαδρομή μεταξύ δυο σημείων σε μια καμπυλωμένη επιφάνεια), με κβαντικές τροχιές. Στο έργο τους οι Ali και Das, εφαρμόζουν αυτές τις κβαντικές τροχιές σε μια εξίσωση που αναπτύχθηκε το 1950 από τον Ινδό φυσικό Amal Kumar Raychaudhuri, ο οποίος υπήρξε και δάσκαλος του Das. Οι Ali και Das δίνουν έμφαση στο ότι οι δικοί τους όροι κβαντικής διόρθωσης δεν εφαρμόζονται κατά περίπτωση, ειδικά σε μια προσπάθεια να εξαλείψουν την «ανωμαλία» της «Μεγάλης Έκρηξης».

Χρησιμοποιώντας την κβαντικά διορθωμένη εξίσωση Raychaudhuri, οι Ali και Das παρήγαγαν κβαντικά διορθωμένες εξισώσεις Friedmann, οι οποίες περιγράφουν την επέκταση και την εξέλιξη του σύμπαντος, συμπεριλαμβανομένης και της «Μεγάλης Έκρηξης», μέσα στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας. Αν και δεν είναι μια πραγματική θεωρία κβαντικής βαρύτητας, το μοντέλο περιλαμβάνει στοιχεία και από τη κβαντική θεωρία και από τη γενική σχετικότητα. Οι Ali και Das αναμένουν επίσης, τα αποτελέσματά τους να διατηρηθούν ακόμη και όταν διαμορφωθεί μια πλήρης θεωρία κβαντικής βαρύτητας.

Επιπροσθέτως της μη πρόβλεψης μιας «ανωμαλίας» «Μεγάλης Έκρηξης», το νέο μοντέλο δεν προβλέπει ούτε μια «ανωμαλία» «Μεγάλης Σύνθλιψης». Στη γενική σχετικότητα, μια πιθανή μοίρα του σύμπαντος είναι ότι αρχίζει να συρρικνώνεται μέχρι να καταρρεύσει στον ίδιο του τον εαυτό σε μια «Μεγάλη Σύνθλιψη» και να ξαναγίνει και πάλι ένα «σημείο» άπειρης πυκνότητας. Οι Ali και Das εξηγούν στην εργασία τους, ότι το μοντέλο τους αποφεύγει τις «ανωμαλίες» λόγω μιας βασικής διαφοράς μεταξύ των κλασικών γεωδαιτικών και των κβαντικών τροχιών Bohm. Οι κλασικές γεωδαιτικές τελικώς διασταυρώνονται μεταξύ τους και τα σημεία στα οποία συγκλίνουν είναι «ανωμαλίες», ενώ σε αντίθεση, οι τροχιές Bohm ποτέ δεν διασταυρώνονται μεταξύ τους, έτσι οι «ανωμαλίες» δεν εμφανίζονται στις εξισώσεις.

Με όρους κοσμολογίας, οι επιστήμονες εξηγούν ότι οι κβαντικές διορθώσεις μπορούν να θεωρηθούν ως ένας όρος κοσμολογικής σταθεράς, χωρίς να απαιτείται η σκοτεινή ενέργεια, και ως ένας όρος ακτινοβολίας. Αυτοί οι όροι κρατούν το σύμπαν σε ένα ορισμένο μέγεθος και έτσι του δίνουν μια άπειρη ηλικία. Οι όροι, επίσης, οδηγούν σε προβλέψεις που συμφωνούν πολύ με τις πρόσφατες παρατηρήσεις της κοσμολογικής σταθεράς και της πυκνότητας του σύμπαντος.

Με όρους φυσικής, το μοντέλο περιγράφει το σύμπαν σαν να είναι γεμάτο με ένα κβαντικό ρευστό. Οι επιστήμονες προτείνουν ότι αυτό το ρευστό θα μπορούσε να συνίσταται από γκραβιτόνια, τα υποθετικά-χωρίς μάζα-σωμάτια που διαμεσολαβούν για τη δύναμη της βαρύτητας. Εάν υπάρχουν, τα γκραβιτόνια θεωρούνται ότι παίζουν ρόλο κλειδί σε μια θεωρία κβαντικής βαρύτητας. Σε μια σχετική μελέτη, ο Das και ένας άλλος συνεργάτης του ο Rajat Bhaduri, πρόσθεσαν επιπλέον αξιοπιστία σε αυτό το μοντέλο. Έδειξαν ότι τα γκραβιτόνια μπορούν να σχηματίσουν ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein σε θερμοκρασίες που υπήρχαν στο σύμπαν σε όλες τις εποχές.

Παρακινημένοι από τη δυναμική του μοντέλου να επιλύει την «ανωμαλία» της «Μεγάλης Έκρηξης» και να δίνει εξηγήσεις για τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, οι φυσικοί σχεδιάζουν να αναλύσουν πιο σχολαστικά το μοντέλο τους στο μέλλον. Η μελλοντική τους εργασία περιλαμβάνει και την επαναδιαπραγμάτευση της μελέτης τους, λαμβάνοντας υπόψη μικρές ανομοιογένειες και ανιστροπικές διαταραχές, αλλά δεν αναμένουν μικρές διαταραχές να επηρεάσουν σημαντικά τα αποτελέσματα.

Πηγή: Phys.org

Περισσότερα στο άρθρο: Cosmology from quantum potential, Physics Letters B, Volume 741, 4 February 2015, Pages 276–279 (ελεύθερη πρόσβαση) επίσης και στο arxiv.org