Giver en løsning på den værste forudsigelse nogensinde inden for fysik

Den kosmologiske konstant, introduceret for et århundrede siden af ​​Albert Einstein i hans teori om generel relativitetsteori, er en torn i siden af ​​fysikere. Forskellen mellem den teoretiske forudsigelse af denne parameter og dens måling baseret på astronomiske observationer er af størrelsesordenen 10 ¹²¹ . Det er ingen overraskelse at erfare, at dette skøn betragtes som det værste i hele fysikkens historie. I en artikel, der skal publiceres i Fysik bogstaver B , en forsker fra universitetet i Genève (UNIGE), Schweiz, foreslår en tilgang, der tilsyneladende kan løse denne inkonsekvens. Den oprindelige idé i papiret er at acceptere, at en anden konstant - Newtons universelle gravitation G, som også er en del af ligningerne om generel relativitet - kan variere. Dette potentielt store gennembrud, som er blevet positivt modtaget af det videnskabelige samfund, skal stadig forfølges for at generere forudsigelser, der kan bekræftes (eller afkræftes) eksperimentelt.

"Mit arbejde består af en ny matematisk manipulation af den generelle relativitetsligning, der endelig gør det muligt at harmonisere teori og observation af den kosmologiske konstant, "siger Lucas Lombriser, adjunkt ved Institut for Teoretisk Fysik i UNIGEs Naturvidenskabelige Fakultet og eneforfatter til artiklen.

Ekspansion i fuld acceleration

Den kosmologiske konstant Λ (lambda) blev introduceret i ligninger om generel relativitet af Einstein for over et århundrede siden. Den berømte fysiker havde brug for konstanten for at sikre, at hans teori ville være kompatibel med et univers, han mente var statisk. Imidlertid, i 1929 opdagede en anden fysiker - Edwin Hubble - at galakserne alle bevæger sig væk fra hinanden, et tegn på, at universet faktisk udvider sig. Ved at lære dette, Einstein beklagede det faktum, at han havde introduceret den kosmologiske konstant, som var blevet ubrugelig i hans øjne, og endda beskrev det som "den største bommert i mit liv."

I 1998, den præcise analyse af fjerne supernovaer gav bevis for, at universets udvidelse, langt fra at være konstant, faktisk accelererer, som om en mystisk kraft svulmer kosmos hurtigere og hurtigere. Den kosmologiske konstant blev derefter endnu engang påkaldt for at beskrive, hvad fysikere kalder "vakuumenergi" - en energi, hvis natur er ukendt (vi taler om mørk energi, kvintessens, osv.), men som er ansvarlig for den accelererede udvidelse af universet.

De mest præcise observationer af supernovaer, og især af den kosmiske mikrobølgebaggrund (mikrobølgestråling, der kommer fra alle dele af himlen, og som anses for at være tilbage fra Big Bang), har gjort det muligt at måle en eksperimentel værdi for denne kosmologiske konstant. Resultatet er et meget lille tal (1,11 × 10 ^-52 m ^-2 ), der ikke desto mindre er stor nok til at generere den ønskede effekt af accelereret ekspansion.

Kæmpe kløft mellem teori og observation

Problemet er, at den teoretiske værdi af den kosmologiske konstant er meget forskellig. Denne værdi opnås ved hjælp af kvantefeltteori:dette gælder, at par af partikler i meget lille skala skabes og ødelægges næsten øjeblikkeligt på hvert punkt i rummet og til enhver tid. Energien fra denne "vakuumfluktuation" - et meget virkeligt fænomen - tolkes som et bidrag til den kosmologiske konstant. Men når dens værdi er beregnet, et enormt tal opnås (3,83 × 10 ⁺⁶⁹ m ^-2 ), hvilket stort set er uforeneligt med forsøgsværdien. Dette estimat repræsenterer det største gap nogensinde opnået (med en faktor på 10 ¹²¹ ) mellem teori og eksperiment på tværs af videnskab.

Dette problem med den kosmologiske konstant er et af de "hotteste" emner i den nuværende teoretiske fysik, og det mobiliserer adskillige forskere rundt om i verden. Alle ser på den generelle relativitetsteoris ligninger fra alle sider i et forsøg på at afdække ideer, der vil løse spørgsmålet. Selvom flere strategier er blevet fremsat, der er foreløbig ingen generel konsensus.

Professor Lombriser, for hans del, havde den oprindelige idé for et par år siden at indføre en variation i den universelle gravitationskonstant G (Newtons), som optræder i Einsteins ligninger. Det betyder, at universet, vi lever i (med et G på 6.674 08 × 10 ^-11 m ³ / kg s ² ) bliver et specialtilfælde blandt et uendeligt antal forskellige teoretiske muligheder.

Efter talrige udviklinger og hypoteser, Professor Lombrisers matematiske tilgang betyder, at det er muligt at beregne parameteren ΩΛ (omega lambda), som er en anden måde at udtrykke den kosmologiske konstant på, men som er meget lettere at manipulere. Denne parameter angiver også den nuværende del af universet, der består af mørk energi (resten består af stof). Den teoretiske værdi opnået af den Geneve-baserede fysiker er 0,704 eller 70,4 procent. Dette tal stemmer meget overens med det hidtil bedste eksperimentelle estimat, 0,685 eller 68,5 procent, at det er en kæmpe forbedring i forhold til de 10 ¹²¹ uoverensstemmelse.

Denne indledende succes skal nu følges op af yderligere analyser for at verificere, om den nye ramme foreslået af Lombriser kan bruges til at genfortolke eller afklare andre mysterier i kosmologi. Fysikeren er allerede blevet inviteret til at præsentere og forklare sin tilgang på videnskabelige konferencer, hvilket afspejler den interesse, som samfundet viser.