Aalto-yliopiston fyysikot Mikko Partanen ja Jukka Tulkki ehdottavat uutta kvanttiapproachia gravitaatiolle. Heidän teoriansa, joka on julkaistu Reports on Progress in Physics -lehdessä, liittyy gauge-teorioihin, jotka ovat samankaltaisia kuin standardimalli.
Gravitaatiokenttä lasketaan tasaisessa aikatilassa. Klassinen kaareva metriikka saadaan kvanttikentän keskiarvosta.
Luotto: Aalto-yliopisto
Luotto: Aalto-yliopisto
Tämä teoria pyrkii ratkaisemaan yleisen suhteellisuuden ja kvanttimekaniikan välisen yhteensopimattomuuden. Tutkijat käyttävät symmetriaa, joka on lähellä standardimallin symmetriaa, sen sijaan että käyttäisivät yleisen suhteellisuuden symmetriaa gravitaation kuvaamiseen.
Mahdolliset vaikutukset ovat laajat, erityisesti mustien aukkojen singulariteettien ja alkuräjähdyksen ymmärtämisessä. Teoria voisi myös selittää, miksi universumissa on enemmän ainetta kuin antimateriaa.
Renormalisaatioprosessi, joka on olennainen äärettömien poistamiseksi laskelmista, ei ole vielä täysin hallittu. Tutkijat ovat kuitenkin optimistisia mahdollisuudesta voittaa nämä tekniset esteet tulevina vuosina.
Julkaisemalla työnsä Partanen ja Tulkki kutsuvat tiedeyhteisöä osallistumaan tämän teorian kehittämiseen. He toivovat, että heidän lähestymistapansa inspiroi uusia tutkimuksia, kuten kvanttimekaniikka ja suhteellisuus ovat aiemmin tehneet.
Tämä teoria edustaa askelta kohti perusvoimien yhtenäistä ymmärtämistä. Se voisi lopulta mullistaa käsityksemme universumista ja sen alkuperästä.
Mitkä ovat gauge-teoriat?
Gauge-teoria on teoreettinen kehys fysiikassa, joka kuvaa perusvuorovaikutuksia hiukkasten välillä. Se perustuu yhtälöiden invarianssiin tietyissä muunnoksissa, joita kutsutaan gauge-muunnoksiksi.
Standardimallissa sähkömagneettiset, heikot ja vahvat voimat kuvataan gauge-teorioilla. Kukin liittyy tiettyyn symmetriaan ja välittäjähiukkasiin, kuten fotoniin sähkömagneettisuudessa.
Gravitaation ongelma on se, että se ei vaikuttanut voivan luonnollisesti integroitua tähän kehykseen. Uusi lähestymistapa ehdottaa gauge-symmetriaa gravitaatiolle, joka on samankaltainen kuin muiden voimien.
Jos tämä suuntaus vahvistetaan, se voisi mahdollistaa kaikkien perusvoimien yhdistämisen yhteen teoreettiseen kehykseen. Tämä olisi merkittävä edistysaskel universumin ymmärtämisessä.
Miksi renormalisaatio on ratkaiseva kvanttimekaniikassa?
Renormalisaatio on matemaattinen tekniikka, jota käytetään äärettömien käsittelemiseen kvanttikenttäteorian laskelmissa. Se mahdollistaa fyysisten ja ennustettavien lopputulosten saamisen.
Kvanttigravitaation alueella renormalisaatio on erityisen haastavaa. Gravitaatiovuorovaikutukset ovat niin heikkoja, että niiden kvantti-ilmiöitä on vaikea havaita ja laskea.
Tutkijoiden on osoitettava, että heidän teoriansa pysyy renormalisoitavana kaikilla laskentajärjestyksillä. Tämä on olennainen ehto, jotta teoriaa voidaan pitää elinkelpoisena ja fysikaalisesti merkityksellisenä.
Jos tämä ehto täyttyy, teoria voisi tarjota johdonmukaisen kehykset äärimmäisten ilmiöiden, kuten mustien aukkojen tai universumin ensimmäisten hetkien, tutkimiseen. Tämä avaisi uusia näkökulmia kosmologiassa ja korkean energian fysiikassa.