I et 'Rainbow' Universe kan tiden ikke ha begynnelse


Hva om universet ikke hadde noen begynnelse, og tiden strakte seg uendelig uten et stort slag for å starte ting? Det er en mulig konsekvens av en ide som kalles "regnbue tyngdekraften", såkalt fordi den tyder på at tyngdekraftenes effekter på spacetime er følte annerledes av forskjellige bølgelengder av lys, aka forskjellige farger i regnbuen. Rain

Hva om universet ikke hadde noen begynnelse, og tiden strakte seg uendelig uten et stort slag for å starte ting? Det er en mulig konsekvens av en ide som kalles "regnbue tyngdekraften", såkalt fordi den tyder på at tyngdekraftenes effekter på spacetime er følte annerledes av forskjellige bølgelengder av lys, aka forskjellige farger i regnbuen.

Rainbow tyngdekraften ble først foreslått for 10 år siden som et mulig skritt mot å reparere riftene mellom teoriene om generell relativitet (dekker veldig stor) og kvantemekanikken (om rike til de aller små). Ideen er ikke en komplett teori for å beskrive kvanteffekter på tyngdekraften, og er ikke allment akseptert. Likevel har fysikere nå brukt konseptet på spørsmålet om hvordan universet begynte, og fant ut at hvis regnbue tyngdekraft er riktig, kan spacetime ha en drastisk forskjellig opprinnelseshistorie enn det allment aksepterte bildet av big bang.

Ifølge Einsteins generelle relativitet, gjør massive gjenstander kjerne mellomrom, slik at alt som beveger seg gjennom det, inkludert lys, tar en svingete bane. Standardfysikk sier at denne banen ikke bør avhenge av partikkens energi som beveger seg gjennom tidsrom, men i regnbuens tyngdekraft gjør det. "Partikler med forskjellige energier vil faktisk se forskjellige mellomrom, forskjellige gravitasjonsfelt, " sier Adel Awad fra Senter for Teoretisk Fysikk ved Zewail Science and Technology i Egypt, som ledet den nye forskningen, publisert i oktober i Journal of Cosmology og Astropartikkelfysikk . Lysets farge bestemmes av frekvensen, og fordi forskjellige frekvenser korresponderer med forskjellige energier, vil lyspartikler (fotoner) av forskjellige farger bevege seg på litt forskjellige veier, selvom romtid, i henhold til deres energi.

Effektene vil vanligvis være små, slik at vi ikke vil merke forskjellen i de fleste observasjoner av stjerner, galakser og andre kosmiske fenomener. Men med ekstreme energier, i tilfelle partikler som utstråles av stellareksplosjoner, som kalles gammastråleskudder, kan forandringen for eksempel være detekterbar. I slike situasjoner vil fotoner med forskjellige bølgelengder frigjort av samme gammastråleskudd nå jorden på litt forskjellige tidspunkter, etter å ha reist noe endrede kurs gjennom milliarder av lysår av tid og rom. "Så langt har vi ikke noe konklusjon om at dette skjer, " sier Giovanni Amelino-Camelia, fysiker ved Sapienza Universitet i Roma, som har undersøkt muligheten for slike signaler. Moderne observatorier, men nå nå får den følsomheten som trengs for å måle disse effektene, og bør forbedres i de kommende årene.

De ekstreme energiene som trengte for å bringe sterke konsekvenser av regnbuevektighet, selv om de var sjeldne, var dominerende i det tette tidlige universet, og kunne bety at ting startet på en radikalt annen måte enn det vi pleier å tenke på. Awad og hans kollegaer fant to mulige begynnelser til universet basert på litt forskjellige tolkninger av forgreningene av regnbue tyngdekraften. I et scenario, hvis du gjenoppretter tiden bakover, blir universet tettere og tettere, nærmer seg en uendelig tetthet, men aldri helt når den. I det andre bildet når universet en ekstremt høy, men endelig, tetthet som du ser tilbake i tid og deretter platåer. I intet tilfelle er det en singularitet - et tidspunkt når universet er uendelig tett - eller med andre ord, et stort slag. "Dette var selvfølgelig et interessant resultat, for i de fleste kosmologiske modeller har vi singulariteter, " sier Awad. Resultatet antyder kanskje at universet ikke hadde noen begynnelse i det hele tatt, og den tiden kan spores tilbake uendelig langt.

Mens det er for tidlig å vite om disse scenariene kan beskrive sannheten, er de spennende. "Dette papiret og noen andre papirer viser at det kunne være et rettmessig sted i kosmologi for denne ideen [av regnbuevektighet], noe som er oppmuntrende for meg, sier Amelino-Camelia, som ikke var involvert i studien, men har forsket rammebetingelser for å forfølge en kvantumteori om tyngdekraften. "I kvantum tyngdekraft finner vi flere og flere eksempler der det er denne funksjonen som du kan kalle regnbue tyngdekraften. Det er noe som blir stadig mer overbevisende."

Men konseptet har sine kritikere. "Det er en modell som jeg ikke tror har noe å gjøre med virkeligheten, " sier Sabine Hossenfelder fra Nordisk institutt for teoretisk fysikk. Denne ideen er ikke den eneste måten å gjøre unna med big bang singularity, legger hun til. "Problemet er ikke å fjerne singulariteten, problemet er å modifisere generell relativitet på en konsistent måte, slik at man fremdeles gjengir alle sine prestasjoner og den av standardmodellen [av partikkelfysikk] i tillegg."

Lee Smolin fra Perimeter Institute for Theoretical Physics i Ontario, som først foreslo ideen om regnbue tyngdekraften sammen med Joao Magueijo av Imperial College London, sier at i hans sinn, regnbue tyngdekraften har blitt subumed i en større idé kalt relativ lokalitet. I henhold til relativ lokalitet, vil observatører på forskjellige steder på tvers av tidsrom ikke være enige om hvor hendelser finner sted - med andre ord, plassering er relativ. "Relativ lokalitet er en dypere måte å forstå den samme ideen" som regnbue tyngdekraften, sier Smolin. Det nye papiret fra Awad og hans kolleger "er interessant, " legger han til, "men før jeg virkelig tror på resultatet, vil jeg gjerne gjøre det innen rammen av relativ lokalitet. Det kommer til å være problemer med lokaliteten slik det er skrevet at Forfatterne er kanskje ikke klar over. "

I de kommende årene håper forskerne å analysere gammastråleskudder og andre kosmiske fenomener for tegn på regnbuevektsdyktighetseffekter. Hvis de blir funnet, kan det bety at universet har en mer "fargerik" historie enn vi visste.

Sporty Science: Mekanikken i et karnevalspillGamle romerske metall brukt til fysikkeksperiment ignorerer vitenskapsfudPartikler funnet å reise raskere enn lysets hastighetDenne uken, verdensmøtet om endring av menneskene, utforsker etiske grenserAstronomer Bruk Shadowy Alien Worlds til peer Inside StarsAnbefalt: Princeton Field Guide til DinosaurerFree-Fall Forensics: Flytende dråper Gjør nysgjerrige kratereOppdrett et gift for å holde avlinger sunt