شاید نظریهٔ جدیدی از گرانش کوانتومی بتواند بزرگترین معمای کیهان‌شناسی را توضیح دهد

نزدیک به یک قرن است که دانشمندان می‌دانند کیهان در حال گسترش است. اما در دهه‌های اخیر، فیزیکدانان متوجه شده‌اند که انواع مختلفی از اندازه‌گیری‌های نرخ گسترش — که به آن پارامتر هابل می‌گویند — ناهماهنگی‌های گیج‌کننده‌ای به دنبال دارند.

 

به گزارش ایتنا و به نقل از لایوساینس، یک مطالعه جدید برای حل این تناقض، پیشنهاد می‌کند که تأثیرات کوانتومی به یکی از نظریه‌های عمده که برای تعیین نرخ گسترش استفاده می‌شود، افزوده گردد.

 

پی‌کی سورش (یکی از نویسندگان مطالعه و استاد فیزیک در دانشگاه هند) می‌گوید: «ما تلاش کردیم تا ناهماهنگی بین مقادیر پارامتر هابل از دو نوع مشاهده مختلف را حل کرده و توضیح دهیم».

 

گفتنی است گسترش کیهان برای نخستین بار در سال ۱۹۲۹ و توسط ادوین هابل شناسایی شد. مشاهدات او با بزرگ‌ترین تلسکوپ آن زمان نشان می‌داد که کهکشان‌های دورتر از ما، با سرعت‌های بیشتری دور می‌شوند. اگرچه هابل در ابتدا نرخ گسترش را بیش از حد تخمین زد، اما اندازه‌گیری‌های بعدی درک ما را دقیق‌تر کردند و پارامتر هابل فعلی به‌عنوان مقداری بسیار قابل اعتماد تثبیت شد.

 

کیهان‌شناسان در اواخر قرن بیستم تکنیک جدیدی برای اندازه‌گیری نرخ گسترش معرفی کردند که به بررسی زمینه میکروویو کیهانی، «پسماند» همه‌گیر مهبانگ می‌پرداخت.

 

با این حال، یک مشکل جدی با این دو نوع اندازه‌گیری پیش آمد. به طور ویژه، روش جدیدتر مقدار پارامتر هابل را تقریباً ۱۰ درصد کمتر از مقداری که از مشاهدات نجومی اشیاء دوردست حاصل شده بود، به‌دست می‌داد. این تفاوت‌ها که به مجموعه آنها «تنش هابل» می‌گویند، نشانه‌ای از نقص‌های احتمالی در درک ما از تکامل کیهان هستند.

 

در مطالعه‌ای که در مجله «گرانش کلاسیک و کوانتومی» منتشر شده است، سورش و همکارش بی. آنوپاما، راه‌حلی برای هماهنگ کردن این نتایج متفاوت پیشنهاد کردند. آنها تأکید کردند که فیزیکدانان پارامتر هابل را به‌طور غیرمستقیم و با استفاده از مدل تکامل کیهان بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین استنباط می‌کنند.

 

این گروه پژوهشی برای تجدید نظر در این نظریه و افزودن تأثیرات کوانتومی، دست به‌کار شد. این تأثیرات که به تعاملات بنیادی مربوط می‌شوند، شامل نوسانات تصادفی میدان و ایجاد خود‌به‌خودی ذرات از فضای خالی می‌باشند.

 

با وجود اینکه دانشمندان توانسته‌اند تأثیرات کوانتومی را به نظریه‌های سایر حوزه‌ها نیز بیفزایند، اما گرانش کوانتومی همچنان غیرقابل دسترس باقی مانده و محاسبات دقیق آن بسیار دشوار یا حتی غیرممکن است. حتی مطالعات تجربی این تأثیرات هم، نیازمند دستیابی به دما یا انرژی‌هایی است که از امکانات آزمایشگاه‌ها بسیار بالاتر می‌باشند.

 

سورش و آنوپاما با توجه به این چالش‌ها، بر تأثیرات کلی گرانش کوانتومی که در بسیاری از نظریه‌های پیشنهادی مشترک است، تمرکز کردند.

 

سورش می‌گوید: «معادله ما نیاز به محاسبه همه چیز ندارد، اما این به معنای عدم امکان آزمایش گرانش کوانتومی یا تأثیرات آن به صورت تجربی نیست».

 

اکتشافات نظری آنها نشان داد که اگر تأثیرات کوانتومی را هنگام توصیف تعاملات گرانشی در مرحله ابتدایی گسترش جهان، موسوم به تورم کیهانی در نظر بگیریم، این رویکرد می‌تواند پیش‌بینی‌های این نظریه درباره ویژگی‌های کنونی زمینه میکروویو را تغییر داده و دو نوع اندازه‌گیری پارامتر هابل را منسجم کند.

 

البته تنها زمانی می‌توان به نتیجه قطعی دست پیدا کرد که نظریه گرانش کوانتومی به طور کامل شناخته شود. با این حال، حتی یافته‌های مقدماتی نیز امیدوارکننده هستند. علاوه بر این، ارتباط بین زمینه میکروویو کیهانی و تأثیرات گرانش کوانتومی، راه را برای مطالعه تجربی این تأثیرات در آینده نزدیک باز می‌کند.

 

سورش اظهار می‌دارد: «گرانش کوانتومی باید نقش مهمی در دینامیک‌های کیهان بدوی بازی کرده باشد؛ بنابراین، تأثیر آن می‌تواند از طریق اندازه‌گیری ویژگی‌های زمینه میکروویو کیهانی مشاهده گردد».

 

گفتنی است تاکنون امواج گرانشی از منابع مختلف کیهانی مشاهده شده است، اما امواج گرانشی از اوایل جهان هنوز شناسایی نشده‌اند. سورش در پایان می‌گوید: «امیدواریم کار ما به شناسایی مدل صحیح تورمی و کشف امواج گرانشی اولیه با ویژگی‌های گرانش کوانتومی کمک کند».