(Phys.org) — Natuurkundigen hebben voorgesteld dat schendingen van energiebesparing in het vroege heelal, zoals voorspeld door bepaalde gewijzigde theorieën van kwantummechanica en kwantumzwaartekracht, kan het kosmologische constante probleem verklaren, die soms wordt aangeduid als 'de slechtste theoretische voorspelling in de geschiedenis van de natuurkunde'.

de fysici, Thibaut Josset en Alejandro Perez aan de Universiteit van Aix-Marseille, Frankrijk, en Daniel Sudarsky aan de Nationale Autonome Universiteit van Mexico, hebben in een recent nummer een paper over hun voorstel gepubliceerd Fysieke beoordelingsbrieven .

"De belangrijkste prestatie van het werk was de onverwachte relatie tussen twee ogenschijnlijk zeer verschillende kwesties, namelijk de versnelde uitdijing van het heelal en microscopische fysica, "Josset vertelde" Phys.org . "Dit biedt een frisse kijk op het kosmologische constante probleem, die nog lang niet is opgelost."

Einstein stelde oorspronkelijk het concept van de kosmologische constante voor in 1917 om zijn algemene relativiteitstheorie aan te passen om te voorkomen dat het universum uitdijt, omdat het universum destijds als statisch werd beschouwd.

Nu moderne waarnemingen aantonen dat het heelal steeds sneller uitdijt, de kosmologische constante van vandaag kan worden gezien als de eenvoudigste vorm van donkere energie, biedt een manier om rekening te houden met huidige waarnemingen.

Echter, er is een enorme discrepantie - tot 120 orden van grootte - tussen de grote theoretische voorspelde waarde van de kosmologische constante en de kleine waargenomen waarde. Om dit meningsverschil te verklaren, sommige onderzoeken hebben gesuggereerd dat de kosmologische constante een geheel nieuwe natuurconstante kan zijn die nauwkeuriger moet worden gemeten, terwijl een andere mogelijkheid is dat het onderliggende mechanisme dat door de theorie wordt aangenomen onjuist is. De nieuwe studie valt in de tweede gedachtegang, wat suggereert dat wetenschappers de grondoorzaken van de kosmologische constante nog steeds niet volledig begrijpen.

Het basisidee van het nieuwe artikel is dat schendingen van energiebesparing in het vroege heelal zo klein hadden kunnen zijn dat ze verwaarloosbare effecten zouden hebben op lokale schaal en ontoegankelijk zouden blijven voor moderne experimenten, maar tegelijkertijd hadden deze schendingen een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan de huidige waarde van de kosmologische constante.

Voor de meeste mensen, het idee dat behoud van energie wordt geschonden druist in tegen alles wat ze hebben geleerd over de meest fundamentele wetten van de natuurkunde. Maar op kosmologische schaal, behoud van energie is niet zo'n standvastige wet als op kleinere schaal. In dit onderzoek, de natuurkundigen onderzochten specifiek twee theorieën waarin schendingen van energiebesparing van nature voorkomen.

Het eerste scenario van schendingen omvat aanpassingen aan de kwantumtheorie die eerder zijn voorgesteld om fenomenen te onderzoeken zoals het ontstaan ​​en verdampen van zwarte gaten, en die ook voorkomen in interpretaties van de kwantummechanica waarin de golffunctie spontaan instort. In deze gevallen, energie wordt gecreëerd in een hoeveelheid die evenredig is met de massa van het instortende object.

Schendingen van energiebesparing doen zich ook voor bij sommige benaderingen van kwantumzwaartekracht waarin ruimtetijd als korrelig wordt beschouwd vanwege de fundamentele lengtelimiet (de Planck-lengte, dat is in de orde van 10 ^-35 m). Deze discretie in ruimtetijd zou kunnen hebben geleid tot een toename of afname van energie die mogelijk begon bij te dragen aan de kosmologische constante die begon toen fotonen zich ontkoppelden van elektronen in het vroege universum, tijdens de periode die bekend staat als recombinatie.

Zoals de onderzoekers uitleggen, hun voorstel is gebaseerd op een wijziging van de algemene relativiteitstheorie die unimodulaire zwaartekracht wordt genoemd, voor het eerst voorgesteld door Einstein in 1919.

"Energie uit materiecomponenten kan worden afgestaan ​​aan het zwaartekrachtveld, en dit 'verlies van energie' zal zich gedragen als een kosmologische constante - het zal niet worden verdund door latere expansie van het universum, "Zei Josset. "Daarom kan een klein verlies of creatie van energie in het verre verleden vandaag op grote schaal aanzienlijke gevolgen hebben."

Wat de bron van de schending van energiebesparing ook is, het belangrijke resultaat is dat de energie die werd gecreëerd of verloren de kosmologische constante in toenemende mate beïnvloedde naarmate de tijd verstreek, terwijl de effecten op materie in de loop van de tijd afnamen als gevolg van de uitdijing van het heelal.

Een andere manier om het te zeggen, zoals de natuurkundigen in hun paper uitleggen, is dat de kosmologische constante kan worden gezien als een verslag van de niet-conservering van energie tijdens de geschiedenis van het universum.

Momenteel is er geen manier om te zeggen of de hier onderzochte schendingen van energiebesparing echt de kosmologische constante beïnvloedden, maar de natuurkundigen zijn van plan om de mogelijkheid in de toekomst verder te onderzoeken.

"Ons voorstel is zeer algemeen en elke schending van energiebesparing zal naar verwachting bijdragen aan een effectieve kosmologische constante, " zei Josset. "Dit zou het mogelijk kunnen maken om nieuwe beperkingen op te leggen aan fenomenologische modellen die verder gaan dan de standaard kwantummechanica.

"Anderzijds, direct bewijs dat donkere energie afkomstig is van niet-conservering van energie lijkt grotendeels onbereikbaar, aangezien we vandaag toegang hebben tot de waarde van lambda [de kosmologische constante] en de evolutie ervan pas op een laat tijdstip beperkt."

© 2017 Fys.org