(Phys.org)—I fisici hanno proposto che le violazioni della conservazione dell'energia nell'universo primordiale, come previsto da alcune teorie modificate della meccanica quantistica e della gravità quantistica, può spiegare il problema della costante cosmologica, che a volte viene definita "la peggiore previsione teorica nella storia della fisica".

I fisici, Thibaut Josset e Alejandro Perez all'Università di Aix-Marseille, Francia, e Daniel Sudarsky presso l'Università Nazionale Autonoma del Messico, hanno pubblicato un articolo sulla loro proposta in un numero recente Lettere di revisione fisica .

"La principale conquista del lavoro è stata la relazione inaspettata tra due questioni apparentemente molto distinte, vale a dire l'espansione accelerata dell'universo e la fisica microscopica, "Josset ha detto Phys.org . "Questo offre uno sguardo nuovo al problema della costante cosmologica, che è ancora lontano dall'essere risolto".

Einstein propose originariamente il concetto di costante cosmologica nel 1917 per modificare la sua teoria della relatività generale al fine di impedire l'espansione dell'universo, poiché all'epoca l'universo era considerato statico.

Ora che le osservazioni moderne mostrano che l'universo si sta espandendo a un ritmo accelerato, la costante cosmologica oggi può essere pensata come la forma più semplice di energia oscura, offrendo un modo per rendere conto delle osservazioni attuali.

Però, c'è un'enorme discrepanza, fino a 120 ordini di grandezza, tra il grande valore teorico previsto della costante cosmologica e il piccolo valore osservato. Per spiegare questo disaccordo, alcune ricerche hanno suggerito che la costante cosmologica potrebbe essere una costante della natura completamente nuova che deve essere misurata con maggiore precisione, mentre un'altra possibilità è che il meccanismo sottostante assunto dalla teoria non sia corretto. Il nuovo studio rientra nella seconda linea di pensiero, suggerendo che gli scienziati ancora non comprendono appieno le cause alla radice della costante cosmologica.

L'idea di base del nuovo articolo è che le violazioni della conservazione dell'energia nell'universo primordiale avrebbero potuto essere così piccole da avere effetti trascurabili su scala locale e rimanere inaccessibili agli esperimenti moderni, ma allo stesso tempo queste violazioni avrebbero potuto dare un contributo significativo al valore attuale della costante cosmologica.

Per la maggior parte delle persone, l'idea che la conservazione dell'energia sia violata va contro tutto ciò che hanno imparato sulle leggi più fondamentali della fisica. Ma su scala cosmologica, la conservazione dell'energia non è una legge così ferma come lo è su scale più piccole. In questo studio, i fisici hanno studiato specificamente due teorie in cui sorgono naturalmente le violazioni della conservazione dell'energia.

Il primo scenario di violazioni comporta modifiche alla teoria quantistica che sono state precedentemente proposte per indagare fenomeni come la creazione e l'evaporazione di buchi neri, e che compaiono anche nelle interpretazioni della meccanica quantistica in cui la funzione d'onda subisce un collasso spontaneo. In questi casi, l'energia viene creata in una quantità proporzionale alla massa dell'oggetto che collassa.

Violazioni della conservazione dell'energia sorgono anche in alcuni approcci alla gravità quantistica in cui lo spaziotempo è considerato granulare a causa del limite fondamentale di lunghezza (la lunghezza di Planck, che è dell'ordine di 10 ^-35 m). Questa discretezza spazio-temporale potrebbe aver portato a un aumento oa una diminuzione dell'energia che potrebbe aver iniziato a contribuire alla costante cosmologica a partire dal momento in cui i fotoni si sono disaccoppiati dagli elettroni nell'universo primordiale, durante il periodo noto come ricombinazione.

Come spiegano i ricercatori, la loro proposta si basa su una modifica alla relatività generale chiamata gravità unimodulare, proposta per la prima volta da Einstein nel 1919.

"L'energia dei componenti della materia può essere ceduta al campo gravitazionale, e questa "perdita di energia" si comporterà come una costante cosmologica, non sarà diluita dalla successiva espansione dell'universo, " ha detto Josset. "Pertanto una piccola perdita o creazione di energia nel passato remoto può avere conseguenze significative oggi su larga scala".

Qualunque sia la fonte della violazione del risparmio energetico, il risultato importante è che l'energia che è stata creata o persa ha influenzato la costante cosmologica in misura sempre maggiore con il passare del tempo, mentre gli effetti sulla materia sono diminuiti nel tempo a causa dell'espansione dell'universo.

Un altro modo per dirlo, come spiegano i fisici nel loro articolo, è che la costante cosmologica può essere pensata come una registrazione della non conservazione dell'energia durante la storia dell'universo.

Attualmente non c'è modo di dire se le violazioni della conservazione dell'energia qui indagate abbiano veramente influenzato la costante cosmologica, ma i fisici hanno in programma di indagare ulteriormente sulla possibilità in futuro.

"La nostra proposta è molto generale e ci si aspetta che qualsiasi violazione del risparmio energetico contribuisca a un'efficace costante cosmologica, " ha detto Josset. "Questo potrebbe consentire di impostare nuovi vincoli sui modelli fenomenologici oltre la meccanica quantistica standard.

"D'altra parte, la prova diretta che l'energia oscura proviene dalla non conservazione dell'energia sembra in gran parte fuori portata, poiché abbiamo accesso al valore di lambda [la costante cosmologica] oggi e ai vincoli sulla sua evoluzione solo in tarda età".

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