Фізики зробили крок до розгадки темної енергії — загадкової сили, що змушує Всесвіт розширюватися з прискоренням. За допомогою інструментів квантової гравітації та струнової теорії, команда науковців запропонувала пояснення, яке не тільки узгоджується з новітніми спостереженнями, а й відкриває нове бачення самої природи простору-часу. Дослідження ще не пройшло рецензування, однак уже викликає інтерес у науковій спільноті.
Темна енергія була виявлена у 1998 році, коли два незалежні проєкти, аналізуючи далекі наднові, несподівано виявили: Всесвіт не сповільнює розширення, а навпаки — прискорює його. З того часу фізики намагалися з’ясувати джерело цієї енергії. Одна з провідних гіпотез — вакуумна енергія, породжена квантовими флуктуаціями, — виявилася надто грубою: теоретичні розрахунки давали значення у 120 порядків більші, ніж спостереження.
Нові вимірювання інструмента DESI ще більше ускладнили ситуацію. Вони показали, що темна енергія не є сталою, як це передбачає Стандартна модель, а змінюється з часом. Щоб пояснити цю динаміку, вчені звернулися до струнової теорії — одного з головних претендентів на роль об’єднаної теорії всього.
У рамках цього підходу елементарні частинки постають не точками, а вібруючими струнами. Це дозволяє включити гравітацію у квантовий опис. Використовуючи такий опис, автори дослідження показали, що простір-час на найменших масштабах поводиться не класично, а квантово: координати простору та часу не комутують, тобто їх порядок у рівняннях має значення. Таке нетривіальне поводження властиве, наприклад, імпульсу й координаті у квантовій механіці.
Ця «некомутативна геометрія» привела до ще одного вражаючого результату: вона природним чином породжує прискорене розширення Всесвіту. Ба більше, отримані значення темної енергії не лише наближаються до експериментальних даних, а й правильно описують її зменшення з часом — як це видно з даних DESI.
Особливо цікаво, що отримана модель пов’язує два протилежні масштаби: планківську довжину — фундаментальну величину квантової гравітації — та розмір Всесвіту, який вимірюється мільярдами світлових років. Такий зв’язок надзвичайно рідкісний у фізиці та свідчить, що темна енергія є невід’ємною частиною квантової структури простору-часу.
Хоча ця гіпотеза ще потребує перевірки, дослідники вже запропонували шляхи до експериментального підтвердження. Один із них — пошук високопорядкових інтерференційних ефектів, які неможливі у класичній квантовій механіці, але передбачаються деякими моделями квантової гравітації. Такі інтерференційні візерунки можуть бути виявлені в лабораторних умовах за допомогою чутливих оптичних або квантових експериментів. На думку вчених, подібні дослідження можуть стати реальністю вже протягом кількох років.
Попри те, що підтвердження ще попереду, робота над квантовим простором-часом триває. Автори дослідження переконані: це лише початок нового етапу у спробі поєднати фундаментальні фізичні сили та розкрити природу самого Всесвіту.
