Krænkelser af energibesparelser i det tidlige univers kan forklare mørk energi

(Phys.org) - Fysikere har foreslået, at krænkelser af energibesparelser i det tidlige univers, som forudsagt af visse modificerede teorier om kvantemekanik og kvantegravitation, kan forklare det kosmologiske konstante problem, som undertiden omtales som "den værste teoretiske forudsigelse i fysikkens historie."

Fysikerne, Thibaut Josset og Alejandro Perez ved universitetet i Aix-Marseille, Frankrig, og Daniel Sudarsky ved National Autonomous University of Mexico, har offentliggjort et papir om deres forslag i et nyligt nummer Fysisk gennemgangsbreve .

"Værkets vigtigste præstation var den uventede relation mellem to tilsyneladende meget forskellige spørgsmål, nemlig den accelererede ekspansion af universet og den mikroskopiske fysik, "Fortalte Josset Phys.org . "Dette giver et nyt blik på det kosmologiske konstante problem, som stadig ikke er løst. "

Einstein foreslog oprindeligt begrebet kosmologisk konstant i 1917 for at ændre hans teori om generel relativitetsteori for at forhindre universet i at ekspandere, da universet på det tidspunkt blev anset for at være statisk.

Nu hvor moderne observationer viser, at universet ekspanderer i en accelererende hastighed, den kosmologiske konstant i dag kan betragtes som den enkleste form for mørk energi, tilbyder en måde at redegøre for aktuelle observationer.

Imidlertid, der er en enorm uoverensstemmelse - op til 120 størrelsesordener - mellem den store teoretiske forudsagte værdi af den kosmologiske konstant og den lille observerede værdi. For at forklare denne uenighed, nogle undersøgelser har antydet, at den kosmologiske konstant kan være en helt ny naturkonstant, der skal måles mere præcist, mens en anden mulighed er, at den underliggende mekanisme, som teorien antager, er forkert. Den nye undersøgelse falder ind i den anden tankegang, tyder på, at forskere stadig ikke helt forstår grundårsagerne til den kosmologiske konstant.

Grundidéen med det nye papir er, at krænkelser af energibesparelser i det tidlige univers kunne have været så små, at de ville have ubetydelige virkninger på lokal skala og forblive utilgængelige for moderne eksperimenter, men samtidig kunne disse krænkelser have givet betydelige bidrag til nutidsværdien af ​​den kosmologiske konstant.

For de fleste mennesker, tanken om, at bevarelse af energi er krænket, strider imod alt, hvad de har lært om de mest grundlæggende fysiske love. Men på den kosmologiske skala, bevarelse af energi er ikke en så fast lov som på mindre skalaer. I dette studie, fysikerne undersøgte specifikt to teorier, hvori krænkelser af energibesparelser naturligt opstår.

Det første scenario med overtrædelser indebærer ændringer af kvanteteorien, der tidligere er blevet foreslået for at undersøge fænomener som skabelse og fordampning af sorte huller, og som også optræder i fortolkninger af kvantemekanik, hvor bølgefunktionen undergår spontan kollaps. I disse tilfælde, energi skabes i en mængde, der er proportional med massen af ​​det kollapsende objekt.

Krænkelser af energibesparelse opstår også i nogle tilgange til kvantegravitation, hvor rumtiden anses for at være granulær på grund af den grundlæggende længdegrænse (Planck -længden, som er i størrelsesordenen 10 ^-35 m). Denne diskrethed i rumtiden kunne have ført til enten en stigning eller et fald i energi, der kan være begyndt at bidrage til den kosmologiske konstante start, når fotoner blev afkoblet fra elektroner i det tidlige univers, i perioden kendt som rekombination.

Som forskerne forklarer, deres forslag bygger på en ændring af generel relativitet kaldet unimodular tyngdekraft, først foreslået af Einstein i 1919.

"Energi fra stofkomponenter kan overlades til tyngdefeltet, og dette 'tab af energi' vil opføre sig som en kosmologisk konstant - det vil ikke blive fortyndet ved senere udvidelse af universet, "Josset sagde." Derfor kan et lille tab eller skabelse af energi i den fjerne fortid have betydelige konsekvenser i dag i stor skala. "

Uanset kilden til krænkelsen af ​​energibesparelsen, det vigtige resultat er, at den energi, der blev skabt eller tabt, påvirkede den kosmologiske konstant i større og større grad som tiden gik, mens virkningerne på stof faldt over tid på grund af universets ekspansion.

En anden måde at sige det på, som fysikerne forklarer i deres papir, er, at den kosmologiske konstant kan betragtes som en registrering af energibesparelsen under universets historie.

I øjeblikket er der ingen måde at fortælle, om de krænkelser af energibesparelse, der blev undersøgt her, virkelig påvirkede den kosmologiske konstant, men fysikerne planlægger at undersøge muligheden yderligere i fremtiden.

"Vores forslag er meget generelt, og enhver krænkelse af energibesparelsen forventes at bidrage til en effektiv kosmologisk konstant, "Josset sagde." Dette kunne gøre det muligt at sætte nye begrænsninger på fænomenologiske modeller ud over standard kvantemekanik.

"På den anden side, direkte bevis for, at mørk energi kommer fra ikke-bevarelse af energi, synes stort set uden for rækkevidde, da vi har adgang til værdien af ​​lambda [den kosmologiske konstant] i dag og begrænsninger for dens udvikling kun sent. "

© 2017 Phys.org