O echipă internațională de fizicieni teoreticieni afirmă că găsit „primele dovezi observaționale care susțin teoria corzilor”. Potrivit studiului publicat deocamdată doar în forma pre-print, pe platforma arXiv, cercetătorii au identificat semnale teoretice care sugerează că materia întunecată ar putea fi o manifestare directă a structurii cuantice a spațiu-timpului, așa cum este descrisă în teoria corzilor.
Ce susține teoria corzilor?
De peste un secol, fizicienii au încearcat să găsească o formulă care să explice natura Universului. Există în acest moment două teorii care se apropie de ceea ce înseamnă cosmosul cu adevărat: mecanica cuantică, domeniu care guvernează lumea particulelor, și relativitatea generală, care descrie gravitația și cosmosul la scară mare.
Problema este că aceste două explicații nu se împacă deloc. Încercările de a le combina duc la ecuații fără sens, la „infinituri” care distrug orice logică matematică. E ca și cum ai încerca să îmbini două piese de puzzle din jocuri diferite.
Aici intră în scenă teoria corzilor, idee lansată în anul 1968 de fizicianul italian Gabriele Veneziano. În principiu, este o idee simplă, dar una profund revoluționară: ce-ar fi dacă particulele nu ar fi niște puncte în spațiu, ci niște corzi microscopice care vibrează?
La fel cum diferitele vibrații ale unei corzi de chitară produc sunete diferite, vibrațiile acestor corzi fundamentale ar da naștere tuturor particulelor pe care le cunoaștem: electroni, fotoni, quarcuri, chiar și gravitonul, particula ipotetică a gravitației.
Această idee ar putea fi cheia unificării forțelor naturii, o teorie a totului, care să explice gravitația, electromagnetismul, forțele nucleare și întreaga țesătură a realității, într-o singură viziune coerentă.
Dar teoria corzilor nu se oprește aici. Ea spune că Universul are nu doar trei dimensiuni spațiale și una temporală, cum vedem noi, ci 10 sau chiar 11 dimensiuni. Celelalte se află undeva la scară submicroscopică, invizibile simțurilor și instrumentelor noastre, dar esențiale pentru modul în care corzile vibrează și dau naștere materiei și forțelor.
Din punct de vedere matematic, teoria corzilor este impecabilă. Ea reușește să „repare” multe probleme care i-au frustrat pe fizicieni decenii la rând, așa cum ar fi comportamentul ciudat al găurilor negre sau misterioasa energie întunecată care face Universul să se extindă tot mai repede.
Problema este că teoria corzilor e greu de testat. Corzile, dacă există, sunt incredibil de mici, de un milion de miliarde de ori mai mici decât un atom. Nu este de mirare că, până acum, toate încercările de a identifica particulele care o compun au eșuat.
Universul se extinde din ce în ce mai repede, și nimeni nu poate spune cu certitudine de ce
În 1998, două echipe de cercetători (Proiectul Cosmologic Supernova și Echipa High-Z Supernova Search) au descoperit că expansiunea universului nu încetinește, cum se postulase anterior, ci se accelerează.
Concluzia a venit în urma studierii unor galaxii îndepărtate care, în urma observațiilor, a reieșit că se distanțează unele de altele tot mai repede, de parcă o forță invizibil le-ar împinge în afară. Acest „ceva” misterios a fost numit energie întunecată, o formă necunoscută de energie care pare să umple cea mai mare parte a spațiului.
De atunci, oamenii de știință au încercat să afle ce este cu adevărat energia întunecată, însă nici până azi nu s-a putut emite un răspuns clar. O ipoteză spune că energia întunecată provine din „vidul cuantic”.
Mai exact, din fluctuațiile invizibile ale energiei care apar chiar și în spațiul gol. Problema este că ipoteza indică o valoare uriașă, de milioane și milioane de ori mai mare decât ce vedem în realitate. Cu alte cuvinte, calculele nu se potrivesc deloc cu măsurătorile.
Recent, prin intermediul DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), proiect astronomic conceput pentru a studia energia întunecată și expansiunea Universului, cercetătorii a descoperit ceva și mai ciudat.
Spre exemplu, dacă energia întunecată ar fi constantă, așa cum presupunea teoria standard, atunci rata de expansiune a Universului ar trebui să rămână constantă și ea. Dar nu e așa. Accelerarea scade ușor în timp, iar asta contrazice teoriile existente.
Teoria corzilor pare să ofere toate explicațiile teoretice în acest moment
Cercetătorii care au semnat recentul studiu de pe platforma ArXiv afirmă că au aplicat idei din teoria corzilor pentru a analiza natura spațiu-timpului la cele mai mici scări imaginabile.
Așa au ajuns la concluzia că spațiu-timpul, la nivel cuantic, nu se comportă ca o pânză lină, așa cum ni-l imaginăm de obicei, ci ca un tot agitat și profund cuantic. Acest comportament duce, în mod natural, la o formă de expansiune cosmică accelerată.
Mai mult, rata cu care se modifică această accelerație corespunde aproape perfect cu datele recente obținute de instrumentul DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), care măsoară distribuția galaxiilor în univers.
„Poate că greșeala noastră fundamentală a fost să presupunem că legile naturii sunt fixe. Poate că ele evoluează”, a declarat Michael Kavic, cercetător în cadrul Universității de Stat din New York, și unul dintre coautorii studiului, citat de LiveScience.
Concluzia? Este vorba despre un model care nu doar că explică existența energiei întunecate, dar și de ce ea scade în timp, exact cum arată datele recente. Iar acest model nu este o presupunere, ci derivă direct din matematică – un lucru extrem de rar și valoros în fizică.
Urmează testele de laborator
Deși teoria pare să explice datele observaționale, ea are nevoie de validare. Cercetătorii propun experimente care să caute semnături ale gravitației cuantice în laborator, cum ar fi modele neobișnuite de interferență cuantică, imposibile în cadrul fizicii cuantice obișnuite.
„Aceste teste ar putea deveni posibile în următorii 3-4 ani”, afirmă autorii studiului.
Cercetătorii plănuiesc să verifice predicțiile noului model prin analizarea datelor de la instrumente precum Telescopul Spațial James Webb și proiectul DESI, care cartografiază distribuția materiei întunecate în univers.
În paralel, ei propun și experimente de laborator, bazate pe interferență cuantică, un fenomen care ar putea fi detectat cu tehnologii aflate deja în dezvoltare.
„Suntem într-un moment istoric. Dacă aceste ipoteze se confirmă, vom rescrie nu doar manualele de fizică, ci întreaga noastră înțelegere despre realitate,” a declarat Michael Kavic.
