Quando o tempo eo espaço são aquecidas, um universo em expansão pode emergir, sem a necessidade de qualquer coisa como um " Big Bang ". Esta fase de transição entre o espaço vazio e um universo em expansão, contendo massa foi agora descrito matematicamente por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Viena , junto com colegas de Harvard, o MIT e Edimburgo. A idéia por trás deste resultado é uma conexão notável entre a teoria quântica de campos e teoria da relatividade de Einstein .
Todo mundo sabe das transições entre as fases líquida, sólida e gasosa. Mas também tempo e espaço pode sofrer uma transição de fase, como os físicos Steven Hawking e Don Página apontou em 1983. Eles calcularam que o espaço vazio pode se transformar em um buraco negro a uma temperatura específica.
Pode um processo similar criar um todo universo em expansão como o nosso? Daniel Grumiller da Universidade de Tecnologia de Viena olhei para isso, juntamente com colegas dos EUA e da Grã-Bretanha. Seus cálculos mostram que há realmente uma temperatura crítica em que, de um espaço-tempo plano vazio se transforma em um universo em expansão com a massa. "O espaço-tempo vazio começa a ferver, forma pequenas bolhas, um dos que se expande e, eventualmente, leva-se tudo do espaço-tempo", explica Grumiller.
Para que isso seja possível, o universo tem de rodar - para que a receita para a criação do universo é "aplicar calor e agitação". No entanto, a rotação necessária pode ser arbitrariamente pequenos. Em um primeiro passo, um espaço-tempo com apenas duas dimensões espaciais foi considerada. "Mas não há nenhuma razão para que o mesmo não deve ser verdade para um universo com três dimensões espaciais", diz Grumiller.
O nosso próprio universo parece não ter entrado em vigor desta maneira. O modelo de fase de transição não se destina a substituir a teoria do Big Bang. "Hoje, os cosmólogos sabem muito sobre o início do universo - não estamos desafiando suas descobertas. Mas estamos interessados na questão, que as transições de fase são possíveis para o tempo eo espaço e como a estrutura matemática do espaço-tempo pode ser descrito ", diz Grumiller.
A nova teoria é o próximo passo lógico após a chamada " AdS-CFT correspondência ", uma conjectura apresentada em 1997, que influenciou fortemente a investigação fundamental física desde então. Ele descreve uma ligação peculiar entre as teorias da gravidade e teorias de campo quântico - duas áreas que, à primeira vista, não têm muito em comum. Em certos casos limites, de acordo com AdS-CFT, declarações de teorias quânticas de campo podem ser traduzidas em afirmações sobre teorias gravitacionais e vice-versa. Isso é quase tão surpreendente quanto a idéia de fazer declarações sobre uma pedra caindo no chão por realmente calcular a temperatura de um gás quente. Duas áreas completamente diferentes estão sendo conectados - mas funciona.
Nesse tipo de correspondência, a teoria quântica de campos é sempre descrito em menos de uma dimensão do que a teoria gravitacional . Isso é chamado de "princípio holográfico". Semelhante a um holograma bidimensional que pode representar um objeto tridimensional, uma teoria quântica de campos com duas dimensões espaciais pode descrever uma situação física em três dimensões espaciais.
Para fazer isso, os cálculos gravitacionais geralmente tem que ser feito de uma espécie exótica de geometria - no chamado " Anti-de-Sitter -espaços ", que são bastante diferente da geometria plana que estamos acostumados. No entanto, tem-se suspeitado por um tempo, que pode ser uma versão semelhante do "princípio holográfico" para spacetimes planas. Mas por muito tempo não houve nenhum modelos mostrando isso.
No ano passado, Daniel Grumiller e colegas estabeleceram um modelo deste tipo (em duas dimensões espaciais, para simplificar). Isto levou à questão atual; transições de fase em teorias quânticas de campo são bem conhecidos. Mas, por razões de simetria, isto significaria que as teorias gravitacionais deve apresentar transições de fase também.
"No começo, este era um mistério para nós", diz Daniel Grumiller. "Isso significaria uma fase de transição entre um espaço-tempo vazio e um universo em expansão. Para nós, isso soou extremamente implausível. "Mas os cálculos mostraram exatamente isso. "Estamos apenas começando a entender essas relações de correspondência notáveis", diz Daniel Grumiller. Que novas idéias sobre nosso próprio universo pode ser derivada a partir deste, é difícil dizer - só o espaço-tempo dirá.
A imagem no topo da página ilustra os escala de distância cósmica astrônomos utilizam para medir a taxa de expansão do universo, bem como o seu tamanho e idade. A escala de distância cósmica, simbolicamente mostrado aqui no conceito deste artista, é uma série de estrelas e outros objetos dentro de galáxias que têm conhecido distâncias.
O Galaxy diário via http://www.tuwien.ac.at/
Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech
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