Астрофизики предложили учитывать квантовую гравитацию для решения напряжения Хаббла

Вариация теории квантовой гравитации — объединение квантовой механики и общей теории относительности Эйнштейна — может помочь решить одну из самых больших загадок в космологии.

Почти столетие ученым известно, что Вселенная расширяется. Но в последние десятилетия физики обнаружили, что различные типы измерений скорости расширения, называемой постоянной Хаббла, приводят к поразительным несоответствиям.

Чтобы разрешить этот парадокс, новое исследование предлагает включить квантовые эффекты в одну из известных теорий, используемых для определения скорости расширения.

"Мы пытались объяснить несоответствие между значениями постоянной Хаббла из двух различных типов наблюдений", - говорит соавтор исследования П.К. Суреш, профессор физики Хайдарабадского университета в Индии.

Расширение Вселенной было впервые обнаружено Эдвином Хабблом в 1929 году. Его наблюдения с помощью крупнейшего телескопа того времени показали, что галактики, находящиеся дальше от нас, удаляются с большей скоростью. Хотя Хаббл изначально переоценил скорость расширения, последующие измерения уточнили постоянную Хаббла.

Позже, в 20 веке, астрофизики представили новую технику для измерения скорости расширения путем изучения космического микроволнового фона, всепроникающего "послесвечения" Большого взрыва.

Однако тут и возникла серьезная проблема. Новый метод позволил получить значение постоянной Хаббла почти на 10% ниже, чем значение, полученное на основе астрономических наблюдений за удаленными космическими объектами. Такие расхождения между различными измерениями, называемые напряжением Хаббла, сигнализируют о потенциальных недостатках в нашем понимании эволюции Вселенной.

В исследовании, опубликованном в журнале Classical and Quantum Gravity, Суреш и его коллега из Университета Хайдарабада Б. Анупама предложили решение, позволяющее согласовать эти разрозненные результаты. Они подчеркнули, что физики выводят постоянную Хаббла косвенно, используя эволюционную модель нашей Вселенной, основанную на общей теории относительности Эйнштейна.

Команда выступала за пересмотр этого подхода и включения квантовых эффектов. Эти эффекты, присущие фундаментальным взаимодействиям, охватывают случайные флуктуации поля. Но детальные расчеты параметров квантовой гравитации чрезвычайно сложны, почти невозможны. Что еще хуже, экспериментальные исследования квантовых эффектов требуют достижения температур или энергий, на много порядков превышающих те, которые достижимы в лаборатории.

Признавая эти проблемы, Суреш и Анупама сосредоточились на широких эффектах квантовой гравитации, общих для многих предлагаемых теорий.

"Наше уравнение не обязательно должно учитывать все, но это не мешает нам экспериментально проверять квантовую гравитацию или ее эффекты", - отметил Суреш.

Их теоретическое исследование показало, что учет квантовых эффектов при описании гравитационных взаимодействий на самой ранней стадии расширения Вселенной, называемой космической инфляцией, действительно может изменить предсказания теории относительно свойств микроволнового фона в настоящее время, делая два типа измерений параметров Хаббла согласованными. 

Конечно, окончательные выводы можно будет сделать только тогда, когда будет известна полноценная теория квантовой гравитации, но даже предварительные выводы обнадеживают. Более того, связь между космическим микроволновым фоном и квантово-гравитационными эффектами открывает путь к экспериментальному изучению этих эффектов в ближайшем будущем.