Струнната теория разкрива как тъмната енергия движи бързото разширяване на Вселената

Физици са предложили нов модел на пространство-времето, базиран на струнната теория, за да обяснят тъмната енергия. Тяхната хипотеза предполага, че в изключително малки мащаби пространството и времето се държат различно от начина, по който ги усещаме в ежедневието си.

Смята се, че космическото ускорение е ефект на тъмна енергия. Учените знаят за космическото ускорение от 1998 г., но не са успели да намерят убедителни доказателства за силата, която го задвижва, т.е. тъмната енергия. Общоприето схващане е, че тъмната енергия се причинява от квантови ефекти във вакуума, но има обрат.

Последните наблюдения на DESI допълнително усложниха картината. Според Стандартния модел на елементарните частици, ако тъмната енергия бе просто вакуумна енергия, нейната плътност трябва да остане постоянна във времето. Данните на DESI обаче показват, че скоростта на ускорение не е фиксирана, а намалява с времето - нещо, което Стандартният модел не предвижда.

Теорията на струните обяснява загадката

За да се справят с тези несъответствия, изследователите се обръщат към теорията на струните, един от водещите кандидати за квантова теория на гравитацията. За разлика от Стандартния модел, който третира елементарните частици като точковидни, теорията на струните предполага, че те всъщност са малки, вибриращи, едноизмерни обекти, наречени струни. Тези струни, в зависимост от техните режими на вибрация, пораждат различни частици - включително гравитона, хипотетичният квантов носител на гравитацията.

В нова статия, публикувана в базата данни за предпечат arXiv, но не е рецензирана, физиците прилагат струнната теория, за да анализират пространство-времето на квантово ниво.

Като заменят описанието на частиците в Стандартния модел с рамката от теорията на струните, изследователите откриха, че самото пространство-време по своята същност е квантово. По-конкретно, изследователите твърдят, че пространство-времето е некомутативно - което означава, че редът, в който се измерват пространството и времето, влияе върху резултата. Обикновено в математиката последователността, в която правите изчисления, не винаги е от значение (напр. 2 + 3 = 3 + 2), освен когато числата са в скоби.

В квантовата механика обаче измерването на позицията преди скоростта дава различен резултат от това да го направите обратното. Подобно поведение сочи, че пространство-времето има квантови свойства и според теорията на струните, това квантово поведение кара Вселената да се разширява все по-бързо и по-бързо във времето.

"Погледнато през обектива на нашата работа, може да приемете резултата от DESI като за първото наблюдателно доказателство в подкрепа на теорията на струните и може би първите видими последици от теорията на струните и квантовата гравитация", коментира Майкъл Кавик (Michael Kavic), един от авторите на изследването пред Live Science. 

Данните от наблюдения, събрани от спектроскопичния инструмент за тъмна енергия (DESI), също подкрепят тази прогноза. DESI е мощен телескоп, предназначен да изследва ефектите на тъмната енергия и разширяването на Вселената. Кредит: Wikimedia Commons

Свързване на теорията с наблюденията

Това радикално отклонение от класическата физика им позволява да извлекат свойствата на тъмната енергия не само от експериментални данни, но директно от фундаментална физическа теория.

Техният модел не само дава плътност на тъмната енергия, която съвпада много с данните от наблюденията, но също така правилно прогнозира, че тази енергия трябва да намалява с течение на времето, в съответствие с констатациите на DESI.

Един от най-поразителните аспекти на техния резултат е, че стойността на тъмната енергия зависи от две изключително различни скали на дължина: дължината на Планк, основната скала на квантовата гравитация, която е около 10⁻³³ сантиметра; и размерът на Вселената, който е милиарди светлинни години в диаметър. Подобна връзка между най-малките и най-големите мащаби в космоса е много необичайна във физиката и предполага, че тъмната енергия е дълбоко свързана с квантовата природа на самото пространство-време.

Следващата стъпка са експерименти на маса

Настоящият модел предоставя солидни теоретични доказателства за космическото ускорение, управлявано от тъмна енергия, но предстои още работа. Изследователите предполагат, че е време да се извършат лабораторни експерименти, които биха могли да потвърдят техните открития.

"Има много последици от нашия подход към квантовата гравитация. Това може да включва откриване на сложни модели на квантова интерференция, което е невъзможно в стандартната квантова физика, но трябва да се случи в квантовата гравитация", отбелязва Джордже Минич (Djordje Minic), един от изследователите.

Тези експерименти ще се фокусират върху откриването на модели на квантова интерференция, които показват наличието на квантова гравитация. Надяваме се, че през следващите години учените ще бъдат в състояние напълно да разкрият мистериите, свързани с тъмната енергия и квантовата природа на космоса.

Справка: Dynamical Dark Energy, Dual Spacetime, and DESI; Sunhaeng Hur, Vishnu Jejjala, Michael J. Kavic, Djordje Minic, Tatsu Takeuchi; https://arxiv.org/pdf/2503.20854  

Източник: Scientists claim to find 'first observational evidence supporting string theory,' which could finally reveal the nature of dark energy, Andrey Feldman, Live Science

Още по темата

20/03/2025

Космос

Отслабва ли тъмната енергия? Нови данни подкрепят шокиращата констатация

21/01/2025

Космос

Вселената се разширява твърде бързо: Напрежението на Хъбъл се превръща в криза

06/01/2025

Космос

Загадъчното потискане на растежа на космическите структури не се дължи на динамична тъмна енергия

23/12/2024

Космос

Тъмната енергия не съществува, а Вселената се разширява неравномерно, твърдят физици