Ένα από τα πιο φιλόδοξα όνειρα της σύγχρονης φυσικής, η ενοποίηση όλων των θεμελιωδών δυνάμεων του Σύμπαντος σε μία ενιαία θεωρία, ενδέχεται να πλησιάζει προς την πραγματοποίηση του. Ερευνητές του Πανεπιστημίου Aalto στη Φινλανδία ανέπτυξαν μια νέα κβαντική θεωρία της βαρύτητας, η οποία είναι συμβατή με το Καθιερωμένο Πρότυπο της Σωματιδιακής Φυσικής, φέρνοντας τους επιστήμονες ένα βήμα πιο κοντά σε αυτό που συχνά αποκαλείται «Θεωρία των Πάντων».
Οι Φυσικοί Mikko Partanen και Jukka Tulkki, συγγραφείς της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Reports on Progress in Physics, υποστηρίζουν ότι η θεωρία τους μπορεί μελλοντικά να εξηγήσει φαινόμενα που μέχρι σήμερα παραμένουν μυστήρια, όπως οι ιδιομορφίες των μαύρων τρυπών και το τι ακριβώς συνέβη στις πρώτες στιγμές μετά το Big Bang.
Μια θεωρία για όλες τις δυνάμεις
Η σύγκρουση μεταξύ κβαντομηχανικής και γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα αδιέξοδα της σύγχρονης φυσικής. Η πρώτη περιγράφει τον μικρόκοσμο, ενώ η δεύτερη εξηγεί τη συμπεριφορά της βαρύτητας σε κοσμική κλίμακα. Ωστόσο, οι δύο θεωρίες είναι ασύμβατες. Η νέα πρόταση από τους ερευνητές του Aalto επιχειρεί να γεφυρώσει αυτό το χάσμα.
Το κλειδί ήταν η διατύπωση της βαρύτητας ως θεωρίας βαθμίδας (gauge theory), ενός τύπου θεωρίας που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις μέσω πεδίων, όπως το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Όπως εξηγεί ο Tulkki, «όταν έχουμε σωματίδια με ενέργεια, οι αλληλεπιδράσεις τους γίνονται μέσω του βαρυτικού πεδίου, όπως ακριβώς οι ηλεκτρικά φορτισμένοι φορείς αλληλεπιδρούν μέσω του ηλεκτρομαγνητισμού».
Νέα συμμετρία, νέα προοπτική
Η καινοτομία της θεωρίας έγκειται στο ότι εισάγει μια νέα συμμετρία στο βαρυτικό πεδίο, παρόμοια με τις συμμετρίες που χαρακτηρίζουν το Καθιερωμένο Πρότυπο. Αντί να βασίζεται αποκλειστικά στη γεωμετρική θεώρηση του χωροχρόνου, όπως κάνει η γενική σχετικότητα, η νέα προσέγγιση επιχειρεί να ενσωματώσει τη βαρύτητα σε ένα συνεπές μαθηματικό πλαίσιο με τις άλλες τρεις δυνάμεις: την ηλεκτρομαγνητική, την ισχυρή και την ασθενή πυρηνική δύναμη.
«Χρειαζόμαστε μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας για να κατανοήσουμε τι συμβαίνει σε καταστάσεις όπου συνυπάρχουν έντονα βαρυτικά πεδία και υψηλές ενέργειες, όπως κοντά σε μαύρες τρύπες ή κατά τη γέννηση του Σύμπαντος», τονίζει ο Partanen.
Διαβάστε επίσης
Ελπίδες και προκλήσεις
Παρότι η θεωρία είναι ελπιδοφόρα, οι ερευνητές αναγνωρίζουν ότι δεν έχει ακόμα αποδειχθεί πλήρως. Ένα κρίσιμο βήμα είναι η διαδικασία ανακανονικοποίησης (renormalization), μέσω της οποίας εξαλείφονται τα άπειρα αποτελέσματα που προκύπτουν σε πολύπλοκους υπολογισμούς. Μέχρι στιγμής, η ομάδα έχει επιβεβαιώσει ότι η θεωρία λειτουργεί σε επίπεδο πρώτης τάξης, όμως απαιτείται περαιτέρω εργασία για να διασφαλιστεί η εγκυρότητα σε όλα τα επίπεδα.
«Αν η ανακανονικοποίηση δεν λειτουργεί σε υψηλότερες τάξεις, τότε οι υπολογισμοί δίνουν άπειρα αποτελέσματα, κάτι που καθιστά τη θεωρία άχρηστη», σημειώνει ο Tulkki. Παρόλα αυτά, οι δύο επιστήμονες δηλώνουν αισιόδοξοι ότι με επιμονή και περαιτέρω μελέτη θα ξεπεράσουν τα εμπόδια.
Πρόσκληση στην επιστημονική κοινότητα
Το σημαντικότερο ίσως βήμα μέχρι στιγμής είναι ότι η θεωρία έχει δημοσιοποιηθεί, με σκοπό να τεθεί υπό εξέταση από την παγκόσμια επιστημονική κοινότητα. Ο στόχος είναι η επιβεβαίωση ή και βελτίωσή της μέσα από συνεργατική έρευνα.
«Όπως η κβαντομηχανική και η θεωρία της σχετικότητας άνοιξαν δρόμους που άλλαξαν για πάντα την επιστήμη και την τεχνολογία, έτσι κι εμείς ελπίζουμε ότι η θεωρία μας θα αποτελέσει το θεμέλιο για νέες ανακαλύψεις», καταλήγει ο Partanen.
Εάν η θεωρία αποδειχθεί πλήρως λειτουργική, τότε το όνειρο της φυσικής για μια ενιαία περιγραφή όλων των δυνάμεων της φύσης μπορεί επιτέλους να γίνει πραγματικότητα, με απρόβλεπτες συνέπειες για την κατανόηση μας του κόσμου και την τεχνολογική πρόοδο.
[via]
