URMA
Una dintre cele mai mari provocări ale fizicii moderne este găsirea unei teorii unice sau „unificate” care să poată descrie toate legile naturii într-un singur cadru. Una care leagă cele două mari (și ireconciliabile) teorii pe care, astăzi, oamenii de știință le folosesc pentru a înțelege realitatea: Relativitatea Generală a lui Einstein, care descrie Universul la scară largă; și mecanica cuantică, care descriu lumea noastră la nivel atomic. Motivul pentru care aceste două teorii de succes se potrivesc constituie unul dintre cele mai mari mistere cu care se confruntă știința.
Dacă va fi confirmată, această teorie a „gravurii cuantice” va include atât o descriere macroscopică, cât și microscopică a realității, iar a noastră ar oferi și o viziune profundă asupra fenomenelor care sunt inaccesibile astăzi precum găurile negre sau momentul în care s-a creat Universul.
Dar cum să-l obții? Timp de aproape un secol, mai multe generații de fizicieni au încercat, fără succes, să-și dea seama de ce legile care guvernează în tărâmul celor foarte mici nu „funcționează” în lumea macroscopică din jurul nostru și invers. Acum, o echipă de cercetători de la Universitatea de Tehnologie Chalmers din Suedia, împreună cu MIT-ul american, au publicat un articol în „Nature Communications” în care sugerează că gravitația, forța care a dominat Universul, ia naștere la scară largă. de fapt din lumea cuantică. Pentru a ajunge la această concluzie extraordinară, cercetătorii au apelat la matematica avansată și la așa-numitul „principiu holografic”.
„Eforturile noastre de a înțelege ochii naturii”, explică Daniel Persson, coautor al studiului, „și limba în care sunt scrise aceste legi sunt matematica. Când căutăm răspunsuri la întrebări din fizică, ele ne conduc adesea la noi descoperiri și în matematică. „Această interacțiune este deosebit de importantă în căutarea gravitației cuantice, unde este extrem de dificil să se efectueze experimente.”
Un exemplu de fenomen care necesită acest tip de descriere unificată a găurilor sale negre. O gaură neagră se formează atunci când o stea suficient de grea se prăbușește sub propria sa forță gravitațională, astfel încât toată masa sa este concentrată într-un volum extrem de mic. Descrierea mecanicii cuantice a găurilor negre este încă la început, dar implică o matematică avansată spectaculoasă.
În acest caz al teoriei unificate, explicat de Robert Berman, primul semnatar al articolului, „provocarea este de a descrie modul în care unda gravitațională s-a format ca un fenomen „emergent”. Așa cum fenomenele cotidiene, cum ar fi curgerea unui lichid, apar din mișcările haotice ale picăturilor individuale, dorim să descriem modul în care gravitația iese din sistemul mecanic cuantic la nivel microscopic.”
Din această formă, cercetătorii au demonstrat modul în care pietrișul iese dintr-un sistem special de mecanică cuantică, într-un model simplificat de pietriș cuantic numit „principiul holografic”.
„Folosind tehnici matematice pe care le investigasem deja înainte”, continuă Berman, „am reușit să formulăm o explicație a modului în care gravitația ia naștere prin principiul holografic, într-un mod mai precis decât înainte”.
Noul articol poate oferi, de asemenea, o nouă modalitate de a trata misterioasa energie întunecată. În teoria generală a relativității a lui Einstein, gravitația este descrisă ca un fenomen geometric. Așa cum un pat proaspăt făcut se curbe sub greutatea unei persoane, obiectele grele pot curba spațiu-timp, „țesătura” care alcătuiește Universul.
Dar, conform teoriei lui Einstein, chiar și spațiul gol, „starea de vid” a Universului, are o structură geometrică bogată. Dacă ar fi să ne apropiem și să privim acest vid cu un microscop, am vedea mici fluctuații sau valuri mecanice cuantice, cunoscute sub numele de energie întunecată, energia misterioasă formată care este considerată responsabilă pentru expansiunea accelerată a Universului.
Studiul poate duce la noi înțelegeri serioase ale modului în care apar aceste unde mecanice-cuantice microscopice, precum și relația dintre teoria gravitației lui Einstein și mecanica cuantică, lucru pe care oamenii de știință au încercat de zeci de ani.
„Aceste rezultate – concluzionează Persson – deschid posibilitatea de a testa alte aspecte ale principiului holografic, precum descrierea microscopică a găurilor negre. „Sperăm, de asemenea, să putem folosi aceste noi perspective în viitor pentru a deschide noi baze în matematică.”
