Gravitația cuantică, consecinţa unui Univers holografic?

În ultimele decenii ale vieții sale, Albert Einstein a sperat să unifice gravitația şi electromagnetismul într-o singură teorie principală, pe baza teoriei sale a relativităţii generale şi a modelele existente ale electromagnetismului.

Fizicienii teoreticieni continuă şi în prezent această căutare din moment ce două dintre cele mai bune teorii din fizica actuală, teoria generală a relativității a lui Einstein și mecanica cuantică, sunt la fel de incompatibile precum sunt uleiul și apa într-un amestec.

Indiferent cum ar arăta o teorie ce combină aceste două teorii de bază din fizica actuală, aceasta aproape sigur va dezvălui o imagine diferită a Universului faţă de ceea ce cunoaştem în prezent.

O descoperire matematică, publicată recent de o echipă de cercetători de la Chalmers University of Technology din Suedia și Massachusetts Institute of Technology (MIT) din SUA, descrie apariția gravitației într-un așa-numit model ”holografic ” al Universului.

Oricât de ciudat ar părea, aceasta este cea mai bună modalitate pentru o înţelegere mai bună a modului în care spațiul, timpul și materia rezultă pe baza unor legi mai profunde ale naturii.

Credit: pixelparticle/Getty Images

„Atunci când căutăm răspunsuri la întrebări din fizică, suntem adesea conduși către noi descoperiri și în matematică.

Această interacțiune este deosebit de importantă în căutarea gravitației cuantice, un domeniu de cercetare în care este extrem de dificil să se efectueze experimente”, a declarat matematicianul Daniel Persson de la Chalmers University.

În ciuda capacității lor de a prezice, cu o precizie nemaipomenită, comportamentul materiei, de la tranziţia electronilor în atom până la coliziunea găurilor negre, fizica cuantică și relativitatea generală au la baza două sisteme de gândire foarte diferite.

Universul cuantic este neclar atunci când este privit de aproape, ca niște pixeli care se estompează într-un amestec confuz de culoare atunci când sunt priviţi de aproape.

Relativitatea generală se bazează pe continuumul spațiu-timp care se curbează ca răspuns la prezenţa materiei, chiar și atunci când este privit la cea mai mică scară dimensională.

Există și alte teorii pe care le putem folosi pentru a descrie modul cum ar putea funcționa Universul, fiecare cu propriul cadru matematic. Unele implică adăugarea unor dimensiuni spaţiale ascunse într-o geometrie atrăgătoare.

Principiul holografic folosit de cercetători în acest caz este un exemplu ciudat care implică eliminarea unor dimensiuni spaţiale. Conform acestui principiu, toate informațiile care descriu interacţiunea particulelor sunt codificate mai degrabă pe ceva asemănător cu o suprafață plană decât în spațiul 3D în care credem că trăim. Este oarecum similar cu senzaţia de adâncime pe care o avem atunci când privim un autocolant plat, holografic.

Versiunile cuantice ale gravitației într-un spațiu-timp 4D sunt extrem de complicate. Dacă spațiu-timpul nostru s-ar curba suficient de mult pentru a crea un fel de cilindru, atunci ar avea neapărat o limită „plană”. Teoriile greoaie ale gravitației cuantice ar avea în acest caz teorii corespunzătoare pe această graniță cu care este mult mai simplu de lucrat.

Această nouă lucrare combină, într-un mod eficient, diferite modele care descriu particulele și undele lor asociate și modul în care acestea se transformă în câmpuri într-un cadru holografic, totul într-o descriere matematică a gravitației care funcționează ca o consecință naturală a acestor interacțiuni.

„Provocarea este de a descrie modul în care gravitația apare ca un fenomen „emergent”. Așa cum fenomenele de zi cu zi, cum ar fi curgerea unui lichid, apar din mișcările haotice ale picăturilor individuale, dorim să descriem cum provine gravitația dintr-un sistem mecanic cuantic la nivel microscopic”, a declarat matematicianul Robert Berman din cadrul Chalmers University.

Ca bonus, această nouă lucrare ar putea furniza, de asemenea, indicii pentru găsirea unor explicații şi pentru alte fenomene la scară mare, cum ar fi energia întunecată care determină expansiunea Universului.

Oricât de elegantă ar fi matematica, se pune întrebarea dacă Universul se curbează suficient de mult pentru a avea tipul de graniță necesar principiului holografic.

Deşi nu sunt mulţi cosmologi convinşi de acest lucru, atunci când încerci să rezolvi o problemă pe care nici Einstein nu a reuşit să o rezolve, să începi cu inimaginabilul nu este o modalitate rea de a începe.

Această cercetare a fost publicată în Nature Communications.

Traducere după Wild New Paper Says ‘Quantum Gravity’ Could Emerge From a Holographic Universe