Космологическая модель двух вселенных и «муаровая гравитация» предложены в новом исследовании

Исследователи из Университета Мэриленда наблюдаемый что поведение электричества при взаимодействии двух листов графена можно интерпретировать как физику двумерных вселенных, где электроны время от времени прыгают между вселенными. Они использовали гидродинамические течения в различных материалах для моделирования астрофизических явлений.

Их гипотеза заключалась в том, что подобное явление возникло бы в результате муаровых узоров в других областях, если бы они обобщили математику на вселенные любого количества измерений, включая нашу собственную четырехмерную вселенную. В результате этого исследования ученые столкнулись с одной из главных космологических проблем.

«Мы обсуждали, можем ли мы наблюдать муаровую физику, когда две реальные вселенные сливаются в одну», — говорит Пархизкар. «На что вы хотите обратить внимание, когда задаете этот вопрос? Во-первых, вы должны знать масштаб длины каждой вселенной».

Какой уровень точности имеет отношение к тому, что вы исследуете, описывается шкалой длины или шкалой физических величин в целом. Имеет значение, измеряете ли вы атом или футбольное поле, потому что они находятся в очень разных масштабах. Если вы измеряете атом, то десятимиллиардная доля метра имеет значение, но это не имеет значения, если вы измеряете футбольное поле. Теории физики налагают фундаментальные ограничения на наименьший и наибольший масштабы в наших уравнениях.

Познакомьтесь с муаровой гравитацией

Согласно квантовой механике, планковская длина — это наименьшая длина, определяемая квантовой теорией. Галицкого и Пархизкара интересовал этот масштаб Вселенной.

Это напрямую связано с константой, называемой космологической постоянной, которая является частью уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Константа влияет на то, имеет ли Вселенная тенденцию к сжатию или расширению вне гравитационных влияний в уравнениях.

Следовательно, это фундаментальное свойство нашей Вселенной. Соответственно, чтобы определить его значение, ученым нужно только изучить Вселенную и измерить различные детали, например, насколько быстро удаляются галактики. Затем они включают эти измерения в уравнения и определяют, какой должна быть константа.

Из-за релятивистских и квантовых эффектов, присутствующих в нашей Вселенной, это простое решение сталкивается с проблемой. Даже в космологическом масштабе эффекты квантовых флуктуаций в огромном космическом вакууме должны влиять на поведение. Сочетание релятивистского понимания Вселенной Эйнштейном с теориями квантового вакуума заставляет ученых сталкиваться с проблемами.

Например, всякий раз, когда исследователи пытаются оценить космологическую постоянную на основе наблюдений, вычисленное значение оказывается намного ниже, чем они могли бы ожидать, исходя из других аспектов теории.

Кроме того, значение резко возрастает, если вы сосредоточитесь на постоянном значении, а не на подробных приближениях. Эта постоянная проблема, известная как вакуумная катастрофа или проблема космологической постоянной, сохраняется.

«Это самое большое — безусловно, самое большое — несоответствие между измерениями и тем, что мы можем предсказать с помощью теории», — говорит Пархизкар. — Это значит, что что-то не так.

муаровый узор может привести к резким различиям в масштабе, поэтому казалось логичным использовать муаровые эффекты чтобы сформулировать проблему.

Чтобы смоделировать, как Вселенная меняется во времени, Галицкий и Пархизкар объединили две копии теории Эйнштейна (и назвали ее муаровая гравитация) и добавлены дополнительные термины, позволяющие двум копиям взаимодействовать. Вместо шкал энергии и длины в графене в этом исследовании изучались космологические константы и длины во вселенных.

Мультивселенная

С помощью своей модели исследователи показали, что взаимодействие двух миров может изменить ожидаемое поведение различных космологических констант. Они обнаружили, что взаимодействия приводят к поведению, управляемому общими космологическими константами, которые намного меньше, чем индивидуальные константы.

Вычисление эффективной космологической постоянной позволяет избежать проблемы, с которой исследователи сталкиваются со скачком значений приближения из-за того факта, что со временем различия между двумя вселенными компенсируют друг друга.

«Мы никогда не утверждаем, что это решает проблему космологической постоянной, — говорит Пархизкар. «Честно говоря, это очень высокомерное заявление. Это просто хорошее понимание того, что если у вас есть две вселенные с огромными космологическими константами, например 120 заказов из величина больше, чем мы наблюдаем — и если вы объедините их, все еще есть шанс получить из них очень маленькую эффективную космологическую постоянную».

Следуя этой новой перспективе, Галицкий и Пархизкар погрузились в более подробную модель двух взаимодействующих миров, называемых «двумя мирами». Каждый из этих миров независим по нашим обычным меркам, и каждый состоит из соответствующих наборов всех материй и полей.

Кроме того, они включали поля, жившие одновременно в обоих мирах, которые они назвали «амфибийные поля».

Исследователи заинтригованы дополнительными результатами, полученными с помощью их новой модели. Они обнаружили, что часть модели напоминает важные области реальности, когда они объединили математику.

Модель двух миров, которая является более подробной, чем любая ранее существовавшая, предполагает, что одна небольшая космологическая постоянная может быть объяснена двумя мирами, и предоставляет подробности о том, как два мира могут отпечатывать свои собственные подписи на космическом фоновом излучении, которое существует с момента начало времени.

Измерения в реальных условиях могут выявить эту сигнатуру, а могут и не выявить вовсе. Таким образом, эта перспектива, вдохновленная графеном, может заслуживать дальнейшего внимания в будущих экспериментах или может быть просто интересным дополнением к ящикам для игрушек физиков.