Ο χωροχρόνος αναδύεται από ένα δίκτυο κβαντικών μπιτ; Researchers Check Space-Time to See if It’s Made of Quantum Bits

Ερευνητές ελέγχουν την πρόσφατη θεωρία της αναδυόμενης βαρύτητας, που προτείνεται ως εναλλακτική λύση αντί της σκοτεινής ύλης. Ο νάνος – γαλαξίας DDO 190. The newly developed theory of emergent gravity, proposed as an alternative to dark matter, struggles in one of its first trials. Dwarf galaxies such as DDO 190, shown here, behave as though they’re filled with unseen dark matter. Credit: ESA/Hubble & NASA

Ο χωροχρόνος αναδύεται από ένα δίκτυο κβαντικών μπιτ; Αυτό υποστηρίζει η θεωρία πίσω από την αναδυόμενη κβαντική βαρύτητα, μια ιδέα που προτάθηκε από τον Erik Verlinde, έναν θεωρητικό φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ. Η θεωρία του δεν χρειάζεται την υπόθεση της σκοτεινής ύλης – τα «αόρατα» σωματίδια με μάζα που φαίνεται να επηρεάζουν τη συμπεριφορά των γαλαξιών και άλλων μεγάλων δομών στο σύμπαν.

Όμως ένα πρόσφατο τεστ της αναδυόμενης βαρύτητας δείχνει πως η θεωρία αυτή μάλλον δουλεύει και μπορεί να περιγράψει τις κινήσεις των αστρονομικών αντικειμένων όπως και ο θεωρητικός αντίπαλός της.

Ο Kris Pardo, ένας μεταπτυχιακός φοιτητής που συνεργάζεται με τον αστροφυσικό David Spergel στο Πανεπιστήμιο Princeton, μελέτησε ένα δείγμα από 81 απομονωμένους νάνους γαλαξίες. Αυτοί οι μικροί γαλαξίες φαίνεται να έχουν μια ιδιαίτερα υψηλή συγκέντρωση σκοτεινής ύλης, παρέχοντας έτσι ένα μοναδικό αστροφυσικό εργαστήριο στο οποίο συγκρίνονται διάφορες θεωρίες. Ο Pardo υπολόγισε πόσο γρήγορα περιστρέφονται αυτοί οι γαλαξίες. Όσο περισσότερη σκοτεινή ύλη θεωρείται πως υπάρχει σε έναν γαλαξία – ή αντίστοιχα όσο ισχυρότερη θεωρείται η επίδραση της αναδυόμενης βαρύτητας – τόσο πιο γρήγορη θα πρέπει να είναι η ιδιοπεριστροφή του γαλαξία.

The gravity of galaxies bends space, such that the light traveling through this space is bent. This bending of light allows astronomers to measure the distribution of gravity around galaxies, even up to distances a hundred times larger than the galaxy itself. Credit: APS/Alan Stonebraker; galaxy images from STScI/AURA, NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team

«Οι απομονωμένοι νάνοι γαλαξίες αποτελούν το καλύτερο τεστ που μπορούμε να κάνουμε προς το παρόν», λέει ο Pardo. Η αναδυόμενη βαρύτητα προβλέπει με επιτυχία τις ταχύτητες περιστροφής των μικρότερων γαλαξιών στο δείγμα. Αλλά προβλέπει ταχύτητες πολύ μικρές για τους γαλαξίες μεγαλύτερης μάζας, ειδικά σε εκείνους όπου κυριαρχούν τα νέφη αερίων. Αυτή η διαφορά θα μπορούσε να αποτελέσει σοβαρό πρόβλημα για την αναδυόμενη βαρύτητα, καθώς η βασική επιτυχία της θεωρίας μέχρι τώρα ήταν ότι πρόβλεπε τις καμπύλες περιστροφής μεγάλων γαλαξιών.

Οι φυσικοί που μελετούν την αναδυόμενη βαρύτητα παίρνουν σοβαρά τη μελέτη του Pardo. «Πρόκειται για ενδιαφέρουσα και καλή δουλειά», δήλωσε ο Verlinde. Και συμπληρώνει ότι «η αναδυόμενη βαρύτητα δεν έχει αναπτυχθεί σε τέτοιο σημείο ώστε να κάνει συγκεκριμένες προβλέψεις για όλους τους νάνους γαλαξίες. Νομίζω ότι πρέπει να γίνει περισσότερη δουλειά τόσο στην παρατήρηση όσο και στην θεωρία». (Η δήλωση αυτή του Verlinde σχολιάστηκε ειρωνικά από αρκετούς φυσικούς – κυρίως από αυτούς που βλέπουν την θεωρία της αναδυόμενης βαρύτητας ως ψευδο-επιστήμη).

Verlinde makes some assumptions we know don't apply, like spherical symmetry—spiral galaxies are disks, not spheres. Credit: Hubble Space Telescope

Ένας τρόπος με τον οποίο η θεωρία του Verlinde θα μπορούσε να δικαιωθεί θα ήταν αν οι γαλαξίες του Pardo είχαν διαφορετικό σχήμα από αυτό που βλέπουμε. Φαίνονται σφαιρικοί, αλλά αν είναι επίπεδοι πεπλατυσμένοι, σαν frisbee, το τροποποιημένο σχήμα θα αρκούσε για να εξηγήσει τους υπολογισμούς του Pardo. Για να δώσουν μια πιο οριστική απάντηση, ο Pardo και οι συνεργάτες του προσπαθούν να εξασφαλίσουν χρόνο στα τηλεσκόπια Very Large Array στο Νέο Μεξικό, ώστε να πραγματοποιήσουν μετρήσεις υψηλής ανάλυσης που καταγράφουν πόσο γρήγορα τα άστρα και τα μεσοαστρικά αέρια περιστρέφονται μέσα στους γαλαξίες.

Άλλες ομάδες αστρονόμων επιχειρούν συμπληρωματικές δοκιμές της αναδυόμενης βαρύτητας. Κάποιοι χρησιμοποιούν την θεωρία για να προβλέψουν την παραμορφωμένη εμφάνιση γαλαξιών εξαιτίας των βαρυτικών φακών. Άλλοι την χρησιμοποιούν για να μελετήσουν τις κινήσεις σμηνών γαλαξιών. Η αναδυόμενη βαρύτητα πρέπει επίσης να εξηγήσει την μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος καθώς και την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Σε αυτές τις περιοχές, η υπόθεση της σκοτεινής ύλης κάνει σπουδαία δουλειά προβλέποντας τις παρατηρήσεις των αστροφυσικών. Μέχρι στιγμής, κανείς δεν κατάφερε να χρησιμοποιήσει την θεωρία της αναδυόμενης βαρύτητας για να πάρει παρόμοιες λεπτομερείς προβλέψεις.

Prof. Erik Verlinde. 

Σύμφωνα με την Sabine Hossenfelder, φυσικός στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών της Φρανκφούρτης (επίσης blogger και μουσικός), η θεωρία του Verlinde δεν δίνει μια ολοκληρωμένη και συνεκτική εικόνα του σύμπαντος. Η ίδια πρόσφατα πρότεινε μια τροποποιημένη εκδοχή της θεωρίας του Verlinde που θα μπορούσε να περιγράψει καλύτερα τις περιστροφικές κινήσεις των περισσότερων γαλαξιών. Θα μπορούσε αυτή – ή μια παρόμοια θεωρία – να αντικαταστήσει μια μέρα τη θεωρία της σκοτεινής ύλης; Για την οριστική απάντηση του προβλήματος μάλλον θα απαιτηθεί η … «ανάδυση» αρκετού χρόνου ακόμα.

Πηγές: Researchers Check Space-Time to See if It’s Made of Quantum Bits - physicsgg