I fisici dell'UBC potrebbero aver risolto uno dei grandi enigmi della natura:cosa causa l'espansione accelerata del nostro universo?

Il dottorando Qingdi Wang ha affrontato questa domanda in un nuovo studio che cerca di risolvere un grave problema di incompatibilità tra due delle teorie di maggior successo che spiegano come funziona il nostro universo:la meccanica quantistica e la teoria della relatività generale di Einstein.

Lo studio suggerisce che se ingrandissimo l'universo, ci renderemmo conto che è fatto di spazio e tempo in continua fluttuazione.

"Lo spazio-tempo non è così statico come sembra, è in continuo movimento, " ha detto Wang.

"Questa è una nuova idea in un campo in cui non ci sono state molte nuove idee che cercano di affrontare questo problema, " disse Bill Unruh, un professore di fisica e astronomia che ha supervisionato il lavoro di Wang.

Nel 1998, gli astronomi hanno scoperto che il nostro universo si sta espandendo a un ritmo sempre crescente, implicando che lo spazio non è vuoto ed è invece pieno di energia oscura che allontana la materia.

Il candidato più naturale per l'energia oscura è l'energia del vuoto. Quando i fisici applicano la teoria della meccanica quantistica all'energia del vuoto, predice che ci sarebbe una densità incredibilmente grande di energia del vuoto, molto più dell'energia totale di tutte le particelle dell'universo. Se questo è vero, La teoria della relatività generale di Einstein suggerisce che l'energia avrebbe un forte effetto gravitazionale e la maggior parte dei fisici pensa che questo farebbe esplodere l'universo.

Fortunatamente, questo non accade e l'universo si espande molto lentamente. Ma è un problema che deve essere risolto affinché la fisica fondamentale possa progredire.

A differenza di altri scienziati che hanno cercato di modificare le teorie della meccanica quantistica o della relatività generale per risolvere il problema, Wang e i suoi colleghi Unruh e Zhen Zhu, anche un dottorando UBC, suggerire un approccio diverso. Prendono sul serio la grande densità di energia del vuoto prevista dalla meccanica quantistica e scoprono che ci sono importanti informazioni sull'energia del vuoto che mancavano nei calcoli precedenti.

I loro calcoli forniscono un'immagine fisica completamente diversa dell'universo. In questa nuova immagine, lo spazio in cui viviamo fluttua selvaggiamente. Ad ogni punto, oscilla tra espansione e contrazione. Mentre oscilla avanti e indietro, i due quasi si annullano a vicenda ma un piccolissimo effetto netto spinge l'universo ad espandersi lentamente ad un ritmo accelerato.

Ma se lo spazio e il tempo sono fluttuanti, perché non lo sentiamo?

"Questo accade su scale molto piccole, miliardi e miliardi di volte più piccolo anche di un elettrone, " ha detto Wang.

"È simile alle onde che vediamo sull'oceano, " disse Unruh. "Non sono influenzati dall'intensa danza dei singoli atomi che compongono l'acqua su cui cavalcano quelle onde."

Il loro articolo è stato pubblicato la scorsa settimana in Revisione fisica D :https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.95.103504.