Физики из международной исследовательской группы заявили о возможном прорыве в понимании природы темной энергии — загадочной силы, ответственной за ускоренное расширение Вселенной. Их работа, опубликованная в препринте на arXiv, предлагает объяснение, основанное на принципах теории струн и квантовой гравитации.
Квантовая структура пространства-времени
Согласно новому исследованию, на микроскопическом уровне пространство-время ведет себя не как гладкая непрерывная среда, а как квантовый объект с некоммутативными координатами. Это означает, что порядок, в котором описываются пространственные и временные измерения, влияет на результат уравнений — аналогично тому, как в квантовой механике не коммутируют операторы координаты и импульса.
"Если наша модель верна, данные DESI можно считать первым наблюдательным подтверждением теории струн и квантовой гравитации", — заявил Майкл Кавич, соавтор исследования.
Темная энергия и загадка ускоренного расширения
В 1998 году наблюдения за сверхновыми типа Ia показали, что расширение Вселенной не замедляется, как предполагалось, а ускоряется. Это открытие привело к гипотезе о темной энергии — невидимой субстанции, составляющей около 68% всей энергии Вселенной. Однако стандартные модели квантовой теории поля предсказывали значение плотности темной энергии, превышающее наблюдаемое на 120 порядков.
- DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) — спектроскопический прибор, установленный на 4-метровом телескопе в Аризоне, собирает данные о миллионах галактик.
- Последние измерения DESI показали, что плотность темной энергии не постоянна, а уменьшается со временем, что противоречит Стандартной модели.
Теория струн как решение
Исследователи предложили альтернативу, основанную на теории струн. В их модели элементарные частицы — не точечные объекты, а одномерные "струны", чьи колебания порождают все известные взаимодействия, включая гравитацию. Ключевые выводы:
- Пространство-время на квантовом уровне некоммутативно.
- Темная энергия возникает естественным образом из-за квантовых флуктуаций струн.
- Модель предсказывает уменьшение плотности темной энергии, что согласуется с данными DESI.
Удивительно, но расчеты связывают две крайние масштабные величины: планковскую длину (10⁻³³ см) и размер наблюдаемой Вселенной (93 млрд световых лет). Это указывает на глубокую связь между квантовой гравитацией и динамикой космоса.
Экспериментальные проверки
Хотя работа еще не прошла рецензирование, авторы предлагают способы экспериментального подтверждения:
- Поиск сложных квантовых интерференционных паттернов, невозможных в стандартной квантовой механике.
- Лабораторные эксперименты с холодными атомами или оптическими системами, которые могут быть проведены в ближайшие 3–4 года.
Если теория подтвердится, это станет первым прямым доказательством теории струн и перевернет представления о фундаментальной структуре реальности.