Kosmologik konstanta: Eynshteynning "xatosi" qanday qilib fiziklarni hayratda qoldirdi

Salom, do'stlar! Bu hafta tadqiqot olib borarkanman, bir narsa rosa mening diqqatimi tortdi.

Siz ham shunday holatni boshdan kechirdingizmi — xato qilganingiz, lekin shu xato sirtdan ajoyib chiqadi? Aynan shunday narsa Albert Eynshteyn bilan ham bo'lgan.

Bu nima o'zi?

Sodda qilib tushuntiraman. Kosmologik konstanta — bu bo'sh fazoda suzib yurgan energiya. Mana shu energiya koinotimizni tobora tezroq kengaytirayapti. Oddiy tuyuladi, to'g'rimi?

Lekin bu yerda qiziqarli tomon bor. Zarracha fizikasining eng yaxshi nazariyasiga ko'ra (kvant maydon nazariyasi deb ataladi), bo'sh fazo haddan tashqari ko'p energiya bilan to'la bo'lishi kerkin. Shunchalik ko'pki, u allaqachon butun koinotni parchalab yuborishi kerukdi.

Ammo muammo shundaki, biz kuzatgan haqiqiy qiymat matematika bashoratiga nisbatan juda, juda kichik.

Bu oddiy farq emas. Nazariya bilan haqiqat o'rtasida taxminan 10^120 farq bor — bu birinchi raqamdan keyin 120 ta nol keladi degani. Bu fizikaning barcha sohalaridagi eng katta nomuvofiqlik bo'lishi mumkin.

Eynshteynning "xatosi" qayta jon oladi

Mana bu yerda Eynshteynning o'zi paydo bo'ladi. 1917-yilda u koinot o'zgarishsiz turadi, deb o'ylardi — kengaymaydi ham, qisilmaydi ham. Lekin uning nisbiylik tenglamalari aksini ko'rsatardi: koinot o'z og'irligi ostida qulab tushishi kerkin.

Shuning uchun u kosmologik konstantani — bir xil "itaruvchi kuch" — qo'shdi. Bu uning "sozlash kaliti" edi, xolos.

Keyin 1929-yilda Edvin Xabbl kashfiyoti keldi: koinot kengaryapti. Eynshteyn bu konstantani o'z "eng katta xatosi" deb atadi va olib tashladi.

Yillar o'tdi, hamma buni unutdi.

To 1998-yilgacha — astronomlar bir narsani aniqladi: koinot kengayishi tezlashayapti. Kosmologik konstanta yana stolga qaytdi, chunki u aynan shu tezlashishni tushuntirdi. Endi u "qora energiya" deb ataladigan narsaning asosiy qismi.

Muammo yanada chuqurlashadi

Mana bu yerda asosiy muammo boshlanadi. Kosmologik konstanta qayta paydo bo'lganda, kvant maydon nazariyasi ilm-fanning eng muvaffaqiyatli tizimlaridan biriga aylangan edi. U zarrachalar, kuchlar va ha, bo'sh fazodagi energiyani ajoyib aniqlik bilan tavsiflaydi.

Lekin QFT aytadi: vakuum energiyasi katta bo'lishi kerkin. Kuzatishlar esa aksini da'vo qiladi: u juda kichik. Ikkalasi bir vaqtning o'zida qanday qilib to'g'ri bo'lishi mumkin?

Fiziklar buni "kosmologik konstanta muammosi" deb atashadi va bu o'nlab yillardan beri ularni uyqudan mahrum qilayapti.

Braun universiteti jamoasi

Mana bu yerda narsalar haqiqatan ham qiziqarli bo'lib qoladi. Braun universiteti olimlari potential yechim taklif qilishdi va bu g'oya, rostini aytsam, chiroyli.

Ular Chern-Simons-Kodama holatiga tayanishdi — bu kvant maydon nazariyasidan kelib chiqadigan taklif qilingan kvant gravitatsiya holati. Matematikaning chuqur qismiga kirmasdan aytganda, bu gravitatsiya eng kichik, eng kvant miqyosida qanday ko'rinishini tavsiflash usuli.

Mana bu qismi ajoyib: tadqiqotchilar bu yondashuvning matematikasi kvant Xoll effektiga o'xshashligini aniqladilar. Bu qattiq jismlar fizikasidagi g'alati hodisa bo'lib, unda elektr o'tkazuvchanligi aniq qiymatlarni oladi.

Kvant Xoll effektida shu qiymatlar materialda kamchiliklar bo'lsa ham barqaror qoladi. Sababi? Topologiya — tizimning asosiy matematik "shakli" yoki tuzilishi.

Fazoning o'zi javob bo'lishi mumkinmi?

Jamoaning fikri shuki, fazo-vaqtning o'zida ham shunga o'xshash topologik xususiyat bo'lishi mumkin. Agar fazo murakkab topologiyaga ega bo'lsa, u kosmologik konstantani katta qiymatlarga oshirishi kerak bo'lgan kvant tebranishlarini tabiiy ravishda bostirishi mumkin.

Boshqacha qilib aytganda, koinotning shakli kosmologik konstantani nazorat qilib turishi mumkin.

Tadqiqot muallifi Stephon Aleksanderning so'zlariga ko'ra: "Biz ko'rsatdikimki, agar fazo-vaqt murakkab topologiyaga ega bo'lsa, u kosmologik konstantaning eng jiddiy muammolaridan birini hal qiladi. Barcha kvant perturbatsiyalar — qiymatni oshirishi kerak bo'lganlar — bu topologiya tomonidan neytrallanadi va konstanta barqaror qoladi."

Buning qanday ajoyib ekanini tasavvur qilingmi? Xaqiqatning o'zi bu imkonsiz ko'rinadigan jumboqni nafis usulda hal qilayapti.

Bu hammasi nimaga olib keladi?

Rostini aytsam — bizda hali barcha javoblar yo'q. Fizika mushkul (bu yuz yillik kamaytirish). Lekin bu tadqiqot haqiqatan qiziqarli yo'ldan borayapti.

Bu shuni ham eslatadi: hatto "xatolar"da ham donolik dovoni bo'lishi mumkin. Eynshteyn konstantani tenglamalarini ishlash uchun kiritdi, uni kerak emas deb o'ylab "xato" deb atadi, va endi bir asrdan ko'proq vaqt o'tgach, biz hali ham uning nima topganini tushunishga harakat qilayapmiz.

Ba'zan koinot shunday yumor tuyg'usiga ega.

Meni eng ko'p umidlantiradigan narsa — bu kvant fizikasini gravitatsiyaga yangi yo'l bilan bog'layapti va bizni fizikaning muqaddas graali — kichik zarrachalardan katta galaktikalargacha hamma narsani tavsiflaydigan birlashgan nazariyaga — yaqinlashtiradi.

Va rostini aytsam? Bu chindan ham qiziqarli narsa.