Ако загреете вода със зеленчуци, ще започнете да варите супа. Ако загреете време и пространство, ще се роди разширяваща се Вселена – без каквато и да е нужда от Голям взрив.
Учените от Виенския технологичен университет математически са описали фазовия преход от скучното празно пространство към разширяваща се Вселена, притежаваща маса. Освен всичко друго техните изчисления са показали любопитна връзка между квантовата теория на полето и теорията на относителността на Айнщайн.
Рецепта за пространство-време
Всички знаят за прехода между течно, твърдо и газообразно състояние. Но както показали през 1983 г. Стивън Хокинг и Дон Пейдж, времето и пространството също са способни на фазов преход. Според техните изчисления пустото пространство при определена температура може да се превърне в черна дупка.
Може ли аналогичен процес да обясни появата на нашата Вселена? Именно този въпрос изследвали Даниел Грумилер и неговите отвъдокеански колеги. Според техните изчисления има критична температура, при която празното и плоско пространство-време се превръща в разширяваща се Вселена.
„Празното пространство-време кипва, образуват се малки мехурчета и един от тях се разширява и с времето обхваща цялото пространство-време”, обяснява Грумилер.
За да бъде възможен такъв процес, Вселената трябва да се върти – така че „рецептата” за нейното приготвяне следва да звучи така: „загрейте и бъркайте”. Но необходимото въртене не трябва да е много силно. На първия етап учените разгледали само две измерения на пространството. „Но няма никакви причини да смятаме, че същите изводи не са приложими към триизмерна вселена”, казва ученият.
В търсене на структурата на Вселената
Изглежда обаче, нашият свят не е възникнал по такъв начин. Моделът за фазов преход не е призван да развенчае теорията на Големия взрив.
„Космолозите са разбрали много за ранната Вселена и ние изобщо не поставяме техните изводи под въпрос. Нас ни интересува друго – какви фазови преходи по принцип са възможни за времето и пространството? Как да опишем математическата структура на пространство-времето?”, допълва Грумилер.
Тази нова теория е логично следствие от съответствието на анти-Де Ситеровото пространство-време и комфортната теория на полето, т.нар. AdS/CFT съответствие, предложено от Хуан Малдасена през 1997 г.
Това съответствие свързва гравитационната физика с квантовата теория на полето – две области, между които на пръв поглед няма много общо. В някои пределни случаи положението на квантовите теории може да бъде приведено в положение спрямо теорията на гравитацията, и обратното. Това звучи също толкова фантастично, колкото да правиш физични изказвания за падащ на земята камък, изхождайки от изчисленията на температурата на горещия газ. Но AdS/CFT съответствието все пак работи.
Тогава квантовата теория на полето винаги описва с едно измерение по-малко, отколкото теорията на гравитацията. Това е така нареченият холографски принцип – подобно на това как двуизмерна диаграма изобразява триизмерен обект, квантовата теория на полето с две измерения на пространството описва физическа ситуация в три измерения.
Принцип на съответствието за плоско пространство-време
За това изчисленията на привличането трябва да се приведат в доста екзотични геометрии, доста различни от нашата – така наречените анти-Де Ситерови пространства. Учените отдавна подозират, че за плоското пространство-време действа собствен „холографски принцип”.
Грумилер е един от първите, демонстрирали този модел (в две измерения на пространството – за простота). Така и възникнал въпросът на сегашното изследване. В квантовата теория на полето фазовите преходи са описани доста добре. Но от съображения за симетрия теориите на гравитацията също трябва да демонстрират фазови преходи.
„Отначало това беше тайна за нас. Фазовият преход от празното пространство-време към разширяваща се Вселена е неправдоподобен! Но нашите изчисления показаха именно това – разказва ученият. – Ние едва започваме да разбираме тези поразителни съответствия.” Какви нови идеи за устройството на нашата Вселена ще донесат те, ще покаже само пространство-времето.
Моделът е представен в arXiv.
Източник: Phys.org
