Potrebbero i modelli di gravità quantistica derivati dall'olografia spiegare l'accelerazione cosmologica?

22 giugno 2023 caratteristica

Questo articolo è stato sottoposto al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editor hanno evidenziato gli attributi seguenti garantendo la credibilità dei contenuti:

• verifica dei fatti
• pubblicazione peer-reviewed
• fonte affidabile
• corretta revisione

di Ingrid Fadelli, Phys.org

I fisici teorici da tempo cercano di ideare una teoria completa della gravità che tenga conto anche dei fenomeni della meccanica quantistica, ciò che i modelli esistenti non fanno. Una tale teoria potrebbe spiegare collettivamente i molti intricati fenomeni fisici e cosmologici osservati negli ultimi decenni. 

Ricercatori dell'Università del Maryland e dell'Università della Columbia Britannica hanno recentemente condotto uno studio teorico esplorando la possibilità che l'olografia, un approccio alla gravità quantistica che include alcune caratteristiche degli ologrammi convenzionali, potrebbe essere utilizzata per descrivere i fenomeni della meccanica quantistica. Il loro articolo, pubblicato in Physical Review Letters, introduce un argomento teorico che potrebbe suggerire un collegamento tra i fenomeni cosmologici osservabili e la fisica alla base degli spazi-tempo a attraversamento di verme.

'L'ideazione di una teoria della gravità che includa la fisica della meccanica quantistica è stata un'importante area di frontiera nella fisica teorica per decenni', ha detto a Phys.org Mark Van Raamsdonk, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio. 'Questo è necessario per comprendere realmente la fisica dei buchi neri e del Big Bang e per progredire verso una teoria fisica unificata completa."

'Ora abbiamo modelli completamente consistenti di gravità quantistica tramite un approccio chiamato olografia, in cui la fisica gravitazionale è codificata in un sistema quantistico non gravitazionale più semplice e a bassa dimensione. Le teorie di gravità olografica ci hanno insegnato molto sulla fisica dei buchi neri e persino sulla natura fondamentale dello spaziotempo, ma finora non c'è stata molta progressione nella comprensione di spazi-tempo cosmologici realistici con un Big Bang.'

L'obiettivo principale del recente lavoro di Van Raamsdonk e dei suoi colleghi era descrivere la fisica degli spazi-tempo cosmologici utilizzando un approccio olografico. Gli spazi-tempo comprendono essenzialmente la combinazione delle tre dimensioni dello spazio e quella del tempo in una singola varietà a quattro dimensioni, che sottende fenomeni come il Big Bang e le espansioni cosmiche.

'Sosteniamo che questi modelli possano anche spiegare il fatto che l'espansione del nostro universo sta accelerando, ma in un modo diverso da quello solitamente assunto', ha detto Van Raamsdonk. 'La spiegazione più convenzionale, nel cosiddetto modello Lambda-CDM (materia oscura fredda), è che abbiamo una 'costante cosmologica' positiva, un tipo di energia oscura che ha sempre la stessa densità in tutto l'universo. Abbiamo sostenuto che i modelli olografici possano anche spiegare naturalmente l'accelerazione cosmica, ma lo fanno tramite un'energia oscura la cui densità cambia con il tempo.'

I modelli olografici suggeriscono che a un certo punto la densità dell'energia oscura scenda sotto lo zero, raggiungendo un valore negativo. Ciò potrebbe a sua volta causare una decelerazione e il successivo collasso dell'universo, a cui talvolta si fa riferimento come 'big crunch.' Van Raamsdonk e i suoi colleghi propongono quindi che questi modelli possano offrire una prospettiva diversa sull'accelerazione cosmologica.

'Abbiamo osservato che i modelli di gravità quantistica derivanti dall'olografia possono spiegare naturalmente l'accelerazione cosmica in un modo nuovo, con un'energia oscura che cambia e diventa alla fine negativa', ha detto Van Raamsdonk. 'Non sappiamo con certezza se il nostro universo funzioni in questo modo, ma è qualcosa che possiamo cercare nelle osservazioni cosmologiche.'

Il recente lavoro di questo team di ricercatori offre una nuova prospettiva che potrebbe contribuire alla comprensione teorica dei problemi cosmologici ancora irrisolti. Van Raamsdonk e i suoi colleghi hanno già condotto ulteriori ricerche confrontando le loro previsioni con le osservazioni cosmologiche disponibili.

'Abbiamo confrontato le previsioni della nostra classe di modelli (il decrescente energia oscura) con ciò che vediamo dalle osservazioni dirette dell'espansione dell'universo, per vedere se sono coerenti', ha aggiunto Van Raamsdonk. 'Con il mio studente Chris Waddell, abbiamo esaminato i dati più recenti di luminosità rispetto allo spostamento verso il rosso per le supernovae di tipo IA. Queste osservazioni possono dirci quantitativamente com'è apparsa l'espansione dell'universo nei sei o sette miliardi di anni passati. Mentre i dati non ci dicono definitivamente se l'energia oscura sta diminuendo o meno, abbiamo scoperto che la maggior parte dei modelli che si adattano ai dati accettabilmente ha effettivamente un'energia oscura in diminuzione al momento presente.'

In their next studies, the researchers would also like to better understand what the class of models they devised would predict regarding the physics of the cosmic microwave background and the distribution of galaxies in the universe. This would then allow them to compare these predictions to recent observations.

More information: Stefano Antonini et al, Accelerating Cosmology from a Holographic Wormhole, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.221601

Journal information: Physical Review Letters

© 2023 Science X Network