Para saintis mungkin telah menemui bukti pemerhatian pertama teori rentetan, dan model baharu percaya bahawa ruang-masa ialah kuantum, dan kesimpulannya adalah bersetuju dengan pemerhatian tenaga gelap, yang dijangka mendedahkan sifat pengembangan alam semesta yang semakin cepat.

Ahli fizik telah mencadangkan model ruang-masa baharu, yang mungkin memberikan "bukti pemerhatian pertama" untuk teori rentetan. Menurut kajian pracetak baharu, model itu juga boleh menyelesaikan misteri tenaga gelap – kuasa misteri yang mendorong alam semesta untuk berkembang pada kadar yang dipercepatkan.

Pengiraan penyelidik mendedahkan bahawa ruang-masa mempamerkan sifat kuantum yang mendalam pada skala kecil, yang sangat berbeza daripada dunia yang licin dan berterusan yang kita alami setiap hari. Penemuan mereka menunjukkan bahawa koordinat ruang-masa adalah "tidak boleh ditukar", yang bermaksud bahawa susunan di mana mereka muncul dalam persamaan matematik secara langsung mempengaruhi hasil pengiraan. Sifat ini serupa dengan cara zarah diterangkan dalam mekanik kuantum.

Dan salah satu akibat yang paling menakjubkan bagi ruang-masa kuantum ini, yang diramalkan oleh teori rentetan, ialah ia secara semula jadi membawa kepada pengembangan alam semesta yang dipercepatkan. Lebih menarik lagi, pasukan itu mendapati bahawa kadar di mana model meramalkan kadar pengembangan dipercepatkan perlahan dari semasa ke semasa sepadan dengan pemerhatian terkini daripada Instrumen Spektroskopi Tenaga Gelap (DESI).

Michael Kavic, seorang profesor di State University of New York di Alderwestbury, pengarang bersama kajian itu, menjelaskan kepada Live Science melalui e-mel: "Jika kita melihatnya melalui lensa penyelidikan kita, maka pemerhatian DESI boleh dianggap sebagai bukti pemerhatian pertama yang menyokong teori rentetan, malah mungkin merupakan kesan konkrit pertama yang boleh diperhatikan bagi teori rentetan dan teori graviti kuantum." ”

Kembali pada 1998, misteri pengembangan alam semesta membawa kepada titik perubahan. Pada masa itu, dua pasukan penyelidik berasingan, Projek Kosmologi Supernova dan Pasukan Carian Supernova Pergeseran Merah Tinggi, menemui fakta yang menakjubkan: bukannya perlahan seperti yang difikirkan sebelum ini, pengembangan alam semesta semakin cepat! Mereka bergantung pada pemerhatian supernova jauh yang merupakan bintang mati yang jauh lebih terang daripada yang dijangkakan. Penemuan ini sangat membayangkan kuasa misteri yang tidak diketahui yang menyelubungi alam semesta, yang kemudiannya dinamakan "tenaga gelap".

Walau bagaimanapun, dari mana sebenarnya tenaga gelap itu berasal masih menjadi persoalan terbuka. Hipotesis popular membuat spekulasi bahawa ia mungkin timbul daripada turun naik kuantum dalam vakum, seperti yang berlaku dengan fenomena yang diperhatikan dalam medan elektromagnet. Walau bagaimanapun, apabila ahli fizik cuba mengira kadar pengembangan alam semesta berdasarkan idea ini, hasilnya sangat mengejutkan: pengiraan teori adalah 120 pesanan magnitud penuh lebih besar daripada pemerhatian! Jurang besar ini sudah pasti merupakan cabaran serius kepada teori sedia ada.

Pemerhatian terkini daripada DESI telah menambah kerumitan baharu kepada misteri ini. Menurut Model Standard fizik zarah, jika tenaga gelap hanyalah manifestasi tenaga vakum, maka ketumpatannya harus kekal malar sepanjang sejarah alam semesta. Tetapi data DESI menceritakan kisah yang berbeza: kadar pengembangan alam semesta yang semakin pesat tidak statik, tetapi perlahan dari semasa ke semasa. Inilah yang tidak dapat dijelaskan oleh Model Standard.

Untuk mengatasi dilema teori ini, penyelidik telah beralih kepada teori rentetan, salah satu calon yang paling menjanjikan untuk menyatukan graviti dan mekanik kuantum. Tidak seperti Model Standard, yang menganggap zarah asas sebagai "titik" tanpa isipadu, teori rentetan melukis gambaran yang lebih halus: unit asas yang membentuk segala-galanya bukanlah titik, tetapi "rentetan" satu dimensi yang sangat kecil, sentiasa bergetar. Mod getaran yang berbeza bagi rentetan ini sepadan dengan zarah berbeza yang kita perhatikan, termasuk zarah khayalan yang menghantar interaksi graviti, graviti.

Dalam kertas kerja baharu yang diterbitkan dalam pangkalan data pracetak arXiv, ahli fizik Sunhaeng Hur, Djordje Minic, dan Tatsu Takeuchi dari Virginia Tech, Vishnu Jejjala dari Universiti Witwatersrand, dan Michael Kavic yang disebutkan di atas, telah menggunakan teori rentetan untuk menyediakan analisis mendalam ruang-masa pada peringkat kuantum.

Mereka menggunakan rangka kerja teori rentetan untuk menggantikan penerangan Model Standard zarah asas, dan mendapati bahawa ruang-masa itu sendiri secara intrinsik adalah kuantum dan bukan timbal balik pada tahap yang paling asas. Ia adalah kejayaan asas dalam konsep fizik klasik yang membolehkan mereka tidak lagi bergantung semata-mata pada data eksperimen untuk memuatkan sifat-sifat tenaga gelap, tetapi untuk memperoleh terus daripada teori fizikal asas.

Anehnya, model mereka bukan sahaja mengira nilai ketumpatan tenaga gelap yang bersetuju dengan pemerhatian semasa, tetapi juga lebih tepat meramalkan bahawa ketumpatan tenaga ini akan beransur-ansur berkurangan dari semasa ke semasa – yang bertepatan dengan pemerhatian terkini DESI.

Mungkin aspek yang paling merangsang pemikiran dalam kajian ini ialah ia mendedahkan bahawa nilai tenaga gelap bergantung kepada dua kuantiti fizikal pada masa yang sama: satu ialah panjang Planck, yang mewakili skala asas graviti kuantum, sekecil kira-kira 10⁻³³ cm; Yang lain ialah skala alam semesta yang luas itu sendiri, merangkumi berbilion tahun cahaya. Ia sangat jarang dalam fizik untuk mengaitkan mikroskopik yang melampau dengan skala makroskopik yang melampau, sangat menunjukkan bahawa tenaga gelap mungkin berakar umbi dalam sifat kuantum ruang-masa itu sendiri.

"Ini menunjukkan bahawa mungkin terdapat hubungan yang lebih mendalam antara graviti kuantum dan dinamik alam semesta daripada yang kita fikirkan sebelum ini akan tetap," kata Michael Kavic. Mungkin kita sentiasa mempunyai salah tanggapan asas bahawa sifat asas alam semesta adalah statik, tetapi ini mungkin tidak berlaku. ”

Sudah tentu, walaupun penjelasan pasukan tentang pengembangan alam semesta yang semakin pesat adalah kejayaan teori utama, ketepatan modelnya masih perlu disahkan secara konklusif oleh ujian eksperimen bebas. Syukurlah, para penyelidik telah menghasilkan beberapa protokol khusus untuk menguji idea mereka. Djordje Minic, seorang ahli fizik di Virginia Tech dan pengarang bersama kertas itu, menjelaskan melalui e-mel bahawa salah satu laluan pengesahan utama "melibatkan menyiasat corak gangguan kuantum yang kompleks." Fenomena ini tidak mungkin di bawah rangka kerja standard fizik kuantum, tetapi menurut teori graviti kuantum, ia sepatutnya wujud. ”

Gangguan bermakna apabila gelombang (seperti gelombang cahaya atau gelombang jirim) ditindih, ia menguatkan atau membatalkan satu sama lain, menghasilkan corak yang unik. Dalam mekanik kuantum tradisional, gangguan mengikut peraturan yang jelas. Walau bagaimanapun, sesetengah model graviti kuantum meramalkan interaksi yang lebih kompleks yang menghasilkan kesan "gangguan tertib tinggi" yang melangkaui model standard. Jika kesan sedemikian boleh ditangkap di makmal, ia sudah pasti akan menjadi ujian revolusioner teori graviti kuantum. Minic menambah, "Ini adalah eksperimen yang boleh dilakukan di bangku simpanan dalam masa terdekat, katakan tiga hingga empat tahun. ”

Sudah tentu, pasukan penyelidik tidak berhenti pada pembinaan teori dan menunggu keputusan akhir hasil eksperimen. Mereka terus mendalami pemahaman mereka tentang ruang-masa kuantum dan secara aktif meneroka jalan lain yang boleh menguji teori mereka.

Setelah disahkan, penemuan ini bukan sahaja akan menjadi kejayaan penting dalam menyelesaikan misteri tenaga gelap, tetapi juga akan memberikan bukti pemerhatian kukuh pertama yang bersejarah untuk teori rentetan, salah satu teori muktamad dalam fizik asas yang telah diusahakan selama beberapa dekad.

Artikel ini diterjemahkan daripada Live Science dan disunting oleh BALI.