Tin tức Vũ trụ TV

Lý thuyết về vũ trụ lượng tử vòng lặp mô tả cách các tính năng nguyên thủy nhỏ bé chiếm các dị thường ở quy mô lớn nhất của vũ trụ

Ngày:
Th7 30, 2020
Tóm lược:

Một nghiên cứu mới sử dụng lý thuyết vũ trụ học lượng tử chiếm hai bí ẩn lớn về cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ của chúng ta.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Vũ trụ tango giữa rất nhỏ và rất lớn
Tín dụng: Dani Zemba, bang Pennsylvania
Vũ trụ tango giữa rất nhỏ và rất lớn
Tín dụng: Dani Zemba, bang Pennsylvania

Trong khi thuyết tương đối rộng của Einstein có thể giải thích một loạt lớn các hiện tượng vật lý thiên văn và vũ trụ học hấp dẫn, một số khía cạnh của các tính chất của vũ trụ ở quy mô lớn nhất vẫn còn là một bí ẩn. Một nghiên cứu mới sử dụng vũ trụ lượng tử vòng – một lý thuyết sử dụng cơ học lượng tử để mở rộng vật lý hấp dẫn vượt ra ngoài thuyết tương đối rộng của Einstein – chiếm hai bí ẩn lớn. Trong khi sự khác biệt trong các lý thuyết xảy ra ở quy mô nhỏ nhất – nhỏ hơn nhiều so với một proton – chúng có hậu quả ở quy mô lớn nhất có thể tiếp cận được trong vũ trụ. Nghiên cứu xuất hiện trực tuyến vào ngày 30 tháng 7 trên tạp chí Vật lý Đánh giá (Physical Review Letters) cũng đưa ra dự đoán mới về vũ trụ mà các sứ mệnh vệ tinh trong tương lai có thể thử nghiệm.

Mặc dù hình ảnh phóng to của vũ trụ trông khá đồng đều nhưng nó có cấu trúc quy mô lớn, chẳng hạn vì các thiên hà và vật chất tối không được phân bố đồng đều trong toàn vũ trụ. Nguồn gốc của cấu trúc này đã được bắt nguồn từ sự không đồng nhất nhỏ bé được quan sát thấy trong Nền vi sóng vũ trụ (CMB) – bức xạ được phát ra khi vũ trụ còn 380 nghìn năm tuổi mà chúng ta vẫn có thể thấy ngày nay. Nhưng bản thân CMB có ba đặc điểm khó hiểu được coi là dị thường vì chúng khó giải thích bằng vật lý đã biết.

“Trong khi nhìn thấy một trong những điều dị thường này có thể không đáng chú ý về mặt thống kê, việc nhìn thấy hai hoặc nhiều hơn cùng nhau cho thấy chúng ta sống trong một vũ trụ đặc biệt”, Donghui Jeong, phó giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn tại bang Pennsylvania và một tác giả của bài báo cho biết. “Một nghiên cứu gần đây trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên (Nature Astronomy) đã đề xuất một lời giải thích cho một trong những điều dị thường này gây ra rất nhiều mối lo ngại, họ đã đánh dấu một ‘cuộc khủng hoảng có thể xảy ra trong vũ trụ học’. Tuy nhiên, sử dụng vũ trụ học lượng tử, chúng tôi đã giải quyết hai trong số những bất thường này một cách tự nhiên, tránh khủng hoảng tiềm tàng đó. “

Nghiên cứu trong ba thập kỷ qua đã cải thiện đáng kể sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ sơ khai, bao gồm cả cách thức không đồng nhất trong CMB được tạo ra ngay từ đầu. Những sự không đồng nhất này là kết quả của sự biến động lượng tử không thể tránh khỏi trong vũ trụ sơ khai. Trong giai đoạn mở rộng rất nhanh vào thời kỳ đầu – được gọi là lạm phát – những biến động nguyên thủy, rất nhỏ này đã bị kéo dài dưới ảnh hưởng của trọng lực và gieo mầm cho sự không đồng nhất quan sát được trong CMB.

Để hiểu hạt giống nguyên thủy phát sinh như thế nào, chúng ta cần xem xét kỹ hơn về vũ trụ sơ khai, nơi thuyết tương đối rộng của Einstein bị phá vỡ. Mô hình lạm phát tiêu chuẩn dựa trên thuyết tương đối rộng coi thời gian không gian là một sự liên tục trơn tru. Hãy xem xét một chiếc áo xuất hiện như một bề mặt hai chiều, nhưng khi kiểm tra kỹ hơn bạn có thể thấy rằng nó được dệt bởi các sợi một chiều dày đặc. Theo cách này, kết cấu của thời gian không gian thực sự được dệt bởi các sợi lượng tử. Khi tính toán các luồng này, vũ trụ học lượng tử vòng cho phép chúng ta vượt ra ngoài sự liên tục được mô tả bởi thuyết tương đối rộng của Einstein.

Sơ đồ cho thấy sự tiến hóa của Vũ trụ theo mô hình của Loop Quantum Origins, được phát triển bởi các nhà khoa học tại bang Pennsylvania. Tín dụng hình ảnh: Alan Stonebraker. P. Singh, Vật lý 5, 142 (2012); APS / A. Người ném đá
Sơ đồ cho thấy sự tiến hóa của Vũ trụ theo mô hình của Loop Quantum Origins, được phát triển bởi các nhà khoa học tại bang Pennsylvania.
Tín dụng hình ảnh: Alan Stonebraker. P. Singh, Vật lý 5, 142 (2012); APS / A. Người ném đá

Cuộc điều tra trước đây của các nhà nghiên cứu về vũ trụ sơ khai đã thay thế ý tưởng về một điểm kỳ dị của Big Bang, nơi vũ trụ xuất hiện từ hư vô, với Big Bounce, nơi vũ trụ giãn nở hiện tại xuất hiện từ một khối siêu nén được tạo ra khi vũ trụ co lại giai đoạn trước của nó. Họ phát hiện ra rằng tất cả các cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ chiếm bởi thuyết tương đối rộng đều được giải thích như nhau bằng lạm phát sau Big Bounce này sử dụng các phương trình của vũ trụ lượng tử vòng.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu xác định rằng lạm phát theo vũ trụ học lượng tử vòng cũng giải quyết hai trong số những bất thường chính xuất hiện dưới thuyết tương đối rộng.

Những biến động nguyên thủy mà chúng ta đang nói đến xảy ra ở quy mô Planck cực kỳ nhỏ. Một chiều dài Planck nhỏ hơn khoảng 20 bậc so với bán kính của một proton. Nhưng điều chỉnh lạm phát ở quy mô nhỏ không thể tưởng tượng này đồng thời giải thích hai trong số các dị thường ở quy mô lớn nhất trong vũ trụ, trong một tango vũ trụ rất nhỏ và cái rất lớn.

Các nhà nghiên cứu cũng đưa ra dự đoán mới về thông số vũ trụ cơ bản và sóng hấp dẫn nguyên thủy có thể được kiểm tra trong các nhiệm vụ vệ tinh trong tương lai, bao gồm LiteBird và Cosmic Origins Explorer, sẽ tiếp tục cải thiện hiểu biết của chúng ta về vũ trụ sơ khai.

Ngoài Jeong, Ashtekar và Gupt, nhóm nghiên cứu còn có V. Sreenath tại Viện Công nghệ Quốc gia Karnataka ở Surathkal, Ấn Độ. Công trình này được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia, NASA, Đại học khoa học Eberly của bang Pennsylvania và Trung tâm thiên văn học và vật lý thiên văn liên trường đại học ở Pune, Ấn Độ.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi bang Pennsylvania . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Abhay Ashtekar, Brajesh Gupt, Donghui Jeong, V. Sreenath. Làm giảm căng thẳng trong nền vi sóng vũ trụ bằng Vật lý quy mô Planck . Thư đánh giá vật lý , 2020; 125 (5) DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.051302

Bài viết liên quan

Bài viết mới