KOSMOLOGIJA

Pripremio: M. R.

Kanadski naučnici predložili novu teoriju nastanka univerzuma

Velikog praska nije bilo

Dok su u Evropskom centru za nuklearna istraživanja (CERN) u Ženevi fizičari sve uvereniji da događaji zabeleženi u Velikom hadronskom sudaraču (LHC) polako potvrđuju standarni model u fizici, iako on opisuje samo 5 odsto univerzuma, kanadski naučnici Ahmet Farag Ali (iz Gize, Egipat) i Saurya Das (Letherbridge, Kanada) predložili su teoriju prema kojoj svemir nije nastao iz Velikog praska. Das i Faraga su svoj model opisali u radu “Cosmology from quantum potential” i publikovali u prestižnom časopisu “Physics Letters B 741” (2015).

- Ideja je originalna i pristup je nov, možda i neočekivan, tako da je rad zaslužio svoju popularnost, kaže za Planetu prof. Maja Burić sa Fizičkog fakulteta u Beogradu, šef projekta "Fizičke implikacije modifikovanog prostor-vremena".

Kvantovanje Ajnštajna

Reč je o temi kojom se bavi veliki broj teorijskih fizičara koji izučavaju fundamentalne interakcije u prirodi: kako izgleda gravitacija na malim rastojanjima/velikim energijama, objašnjava prof. Burić. Značajan prilog ovim istraživanjima daju u poslednjih dvadesetak godina i astrofizičari-eksperimentalci, rezultatima sa brojnih sondi, satelita i teleskopa koji mere osobine svemira (kao što su osobine kosmičkog mikrotalasnog zračenja). Naime, od četiri sile koje postoje u prirodi (elektromagnetna, slaba, jaka i gravitaciona), gravitaciona sila je jedina za koju sadašnja nauka nema konzistentnu kvantnu teoriju.

- Kvantni efekti, npr. u mehanici, javljaju se na veoma malim rastojanjima - reda veličine atoma, 10^(-10) m, pa očekujemo da će se i kvantni efekti gravitacije pokazati na skalama koje su (za gravitaciju) male, na Plankovoj skali dužine, a to je 10^(-35) m. Ova skala je nedostupna eksperimentu i veoma daleko od njega, osim po posrednim efektima koji bi se eventualno mogli meriti.
Prema rečima prof. Maje Burić, Ajnštajnova opšta teorija relativnosti (OTR) je “klasična teorija, i možda iznenađujuće dobro, kako to vele fizičari, opisuje sve pojave koje se mere u svemiru (i na koje se odnosi), ma koliko su astronomska i astrofizička merenja često teška za interpretaciju. Razlog zbog koga očekujemo da i ona mora da bude kvantovana nije samo želja za unifikacijom, istim opisom svih sila, nego i potreba za njenom, rekli bismo, fizičkom (ne matematičkom) konzistentnošću. Naime, rešenja ove teorije su nužno singularna (teoreme Hokinga i Penrouza), kao npr. crne rupe ili Veliki prasak.

Šta znači da su rešenja ‘nužno singularna'?

- Najčešće to da u nekoj tački prostor-vremena imamo beskonačne vrednosti, recimo zakrivljenosti prostora, gustine materije u njemu, pritiska itd. Zato svi fizičari veruju da će prava kvantna teorija popraviti ovu osobinu, tj. da kad dođemo dovoljno blizu singularitetu i kad počnu da budu značajni kvantni efekti, singulariteta i neće biti (tj. oni ne postoje u kvantnoj teoriji gravitacije).
Većina napora da se nađe kvantna teorija gravitacije ide u sličnom smeru: da se kvantuje samo gravitaciono polje (različiti pristupi: teorija struna, “loop quantum gravity” nekomutativna gravitacija) ili geometrija (nekomutativna geometrija).U tom smislu za prof. Maju Burić, rad Farga i Dasa “ima originalan i mo ž da i neočekivan pristup”. Autori se, osim svojim univerzitetima, u radu zahvaljuju i poznatom Perimeter Institutu za teorijsku fiziku ( Alberta , Canada ) za neki grant. Rad je, u stvari, nastavak ideje koju je S. Das izneo u prethodnom radu “Quantum Raychaudhuri equation”, Physical Review D 89 (2014).
- Osnovna ideja Dasa je da ne razmatra problem kvantovanja gravitacionog polja nego kako se čestice u njemu kreću. U OTR čestice se kreću po ekstremalnim trajektorijama - geodezicima, i deo teorema Hokinga (Hawking) i Penrouza (Penrose) bazira se na Rajčaudhuri jednačinama koje opisuju ponašanje snopa geodezika tj. trajektorija čestica i kažu da se one moraju presecati tj. tehnički, imaju konjugovane tačke, u Ajnštajnovim prostorima. Na primer, kod Big benga trajektorije svih čestica u svemiru počinju u tački Velikog praska. Dasova ideja je: pošto su čestice, tj. materija, kvantne a neklasične, ni njihove trajektorije nisu geodezici.

Kvantni potencijal

Šta je trajektorija čestice u kvantnoj mehanici kad znamo da se tamo, zbog relacija neodređenosti, i ne može govoriti o trajektoriji?

- Das koristi alternativnu formulaciju tj. interpretaciju kvantne mehanike, tzv.Bomovu (Bohm) mehaniku, u kojoj se čestica karakteriše trajektorijom i pilot talasom (ovo je ključno a možda i najslabije mesto u rasuđivanju, u svakom slučaju nova i interesantna ideja), i iz nje izvodi kvantnu Rajčaudhuri jednačinu koja je različita od klasične. Glavna razlika je u tome što se u jednačinu dodaju dva člana proporcionalna sa h^2=(Plankova konstanta)^2, odnosno kvantni efekti (u radovima su nazvani kvantni potencijal (quantum potential ), i ova dva člana potpuno menjaju karakter rešenja. Trajektorije čestica više nisu geodezici, štaviše, one se nikad ne presecaju, što znači da čestice ne mogu biti sve u istoj tački, odnosno da nema singulariteta.

Ova ideja je, kaže u nastavku svog komentara prof. Burić, u radu Cosmology from quantum potential konkretno primenjena na kosmološko rešenje tj. na Veliki prasak. Rezultat je analogan: kad se približimo (krećući se unazad u vremenu, duž trajektorija nekih čestica) početku vremena tj. tački Velikog praska, zapravo nećemo doći do nje jer će početi da se vide kvantni efekti, čestice se efektivno odbijaju i nikad ne skupe u jednu tačku tako da nema singularnosti gustine a vremenska osa se proteže unatrag do (minus) beskonačnosti. U radu je i, umesto opisa sistema mnogo čestica, pretpostavljeno da imamo efektivni kondenzat koji je opisan jednom talasnom funkcijom pa je za taj model urađeno nekoliko malih proračuna ponašanja.

Po mišljenju Maje Burić, to da se kondenzat sastoji od aksiona ili od masivnih gravitona je hipoteza koja se bazira na sličnim idejama i radovima iz poslednjih pet ili deset godina i za ovaj rad to šta je u kondenzatu nije bitno (niti mogu o tome nešto da kažu), već njega koriste samo kao model.

M. R.

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"