물리학자들은 암흑 에너지의 이상한 수수께끼를 푸는 새로운 방법을 발견합니다

암흑 에너지 뒤에 무엇이 있으며, 알버트 아인슈타인이 도입한 우주 상수와 연결되는 것은 무엇입니까? 룩셈부르크 대학의 두 물리학자는 물리학에서 이러한 열린 질문에 답하는 방법을 지적합니다.

우주에는 일상적인 경험으로는 이해하기 어려운 이상한 속성이 많이 있습니다. 예를 들어, 우리가 알고 있는 물질은 분자와 물질을 만들기 위해 기본 분자와 복합 분자로 구성되어 있으며 분명히 우주 에너지의 작은 부분만을 구성합니다. 약 2/3에 해당하는 가장 큰 기여는암흑 에너지– 배경 물리학자들이 여전히 당황하고 있는 가상의 에너지 형태 더욱이 우주는 꾸준히 팽창할 뿐만 아니라 더욱 빠른 속도로 팽창하고 있습니다.

두 속성이 관련되어 있는 것 같습니다. 왜냐하면 암흑 에너지 이는 또한 가속화된 확장의 원동력으로 간주됩니다. 게다가 양자장 이론과 알버트 아인슈타인이 개발한 일반 상대성 이론이라는 두 가지 강력한 물리학 학파를 통합할 수 있습니다. 그러나 문제가 있습니다. 계정과 메모가 동일하지 않습니다. 두 명의 룩셈부르크 연구원이 저널에서 발표한 연구 논문에서 이 100년 된 미스터리를 해결하는 새로운 방법을 보여줍니다. 물리적 검토 편지.

진공에서 가상 입자의 효과

“진공에는 에너지가 있습니다. 이것은 양자 장 이론의 근본적인 결과입니다.”라고 물리학 및 재료 과학과의 이론 물리학 교수인 Alexander Tkachenko 교수는 설명합니다. 룩셈부르크 대학교. 이 이론은 양자역학과 특수 상대성 이론을 결합하기 위해 개발되었지만 양자장 이론은 일반 상대성 이론과 양립할 수 없는 것으로 보입니다. 주요 이점: 양자 역학과 달리 이론은 입자뿐만 아니라 물질이 없는 구체도 양자 객체로 간주합니다.

Tkatchenko는 “이 틀 내에서 많은 연구자들은 암흑 에너지를 이른바 진공 에너지의 표현으로 간주합니다. 전자와 양전자로 — 실제로는 빈 공간입니다.

플랑크의 우주 마이크로파 배경. 신용: ESA와 플랑크 협업

물리학자들은 가상 입자와 그 양자장의 오고감이 진공 또는 영점에서의 요동이라고 말합니다. 한 쌍의 입자가 빠르게 무(無) 속으로 사라지면서 그들의 존재는 일정량의 에너지를 남깁니다.

룩셈부르크 과학자는 “이 진공 에너지는 일반 상대성 이론에서도 의미가 있다”고 지적합니다.

엄청난 불일치

양자장론의 방정식으로만 유추할 수 있는 진공의 에너지와 달리 우주상수는 천체물리학적 실험으로 직접 결정할 수 있다. 허블 우주 망원경과 플랑크 우주 임무를 통한 측정은 기본 물리량에 대해 가깝고 신뢰할 수 있는 값을 산출했습니다. 한편, 양자장 이론에 기초한 암흑 에너지 계산은 우주 상수의 값이 10이라는 것과 일치하는 결과를 이끌어 냅니다.¹²⁰ 배 더 큰 – 엄청난 불일치이지만 오늘날 물리학 자의 일반적인 견해에 따르면 두 값이 같아야합니다. 존재하는 모순은 대신 “우주 상수의 수수께끼”로 알려져 있습니다.

“그것은 의심할 여지 없이 현대 과학에서 가장 큰 모순 중 하나입니다.”라고 Alexander Tkachenko는 말합니다.

틀에 얽매이지 않는 해석 방식

동료 룩셈부르크 연구원 Dr. Dmitry Fedorov와 함께 그는 이제 수십 년 동안 풀리지 않은 이 미스터리에 대한 해결책을 제시했으며 중요한 단계에 한 걸음 더 다가갔습니다. 이론적 작업에서 그들은 최근에 결과를 발표했습니다. 물리적 검토 편지룩셈부르크의 두 연구원은 암흑 에너지에 대한 새로운 설명을 제안했습니다. 영점 변동은 측정 및 계산할 수 있는 진공의 분극화를 유도하는 것으로 가정합니다.

Tkachenko는 “반대 전하를 띤 가상 입자 쌍은 이 입자들이 존재하는 매우 짧은 시간 동안 서로에게 가하는 전기역학적 힘에서 발생합니다.”라고 설명합니다. 물리학자들은 이것을 자기 상호 작용하는 진공이라고 부릅니다. “그것은 새로운 모델의 도움으로 결정될 수 있는 에너지 밀도로 이어집니다.”라고 과학자 Luxembourg는 말합니다.

연구원 Fedorov와 함께 그들은 몇 년 전에 원자의 기본 모델을 개발하여 2018년에 처음으로 제시했습니다. 이 모델은 원래 원자 특성, 특히 원자의 분극화와 평형 특성 사이의 관계를 설명하는 데 사용되었습니다. 일부 비공유 결합 분자 및 고체. 기하학적 특성을 실험적으로 측정하는 것은 매우 쉽기 때문에 편광도 공식으로 결정할 수 있습니다.

Fedorov는 “우리는 이 작업을 진공 상태의 작업으로 옮겼습니다.”라고 설명합니다. 이를 위해 두 연구원은 양자 도메인의 거동, 특히 전자와 양전자의 “오고 가는” 표현을 조사했습니다. 이러한 필드의 변동은 실험에서 이미 알려진 평형 기하학에 의해 특징지어질 수도 있습니다. Fedorov는 “우리는 그것을 우리 모델의 공식에 삽입했고, 이런 식으로 마침내 내부 보이드의 분극화력을 얻었다”고 말했습니다.

마지막 단계는 전자와 양전자의 변동 사이의 자기 상호작용의 에너지 밀도를 기계적으로 계산하는 것이었습니다. 이렇게 얻은 결과는 우주상수 측정값과 잘 일치한다. 이것은 다음을 의미합니다. “암흑 에너지는 양자 필드의 자체 상호 작용의 에너지 밀도로 거슬러 올라갈 수 있습니다.”라고 Alexander Tkachenko는 주장합니다.

일관된 가치와 검증 가능한 기대

“따라서 우리의 작업은 우주 상수의 미스터리를 풀기 위한 우아하고 색다른 접근 방식을 제공합니다.”라고 물리학자는 결론지었습니다. “게다가, 그것은 검증 가능한 예측을 제공합니다. 즉, 전자 및 양전자와 같은 양자 장은 실제로 작지만 항상 존재하는 본질적인 분극을 가지고 있다는 것입니다.”

두 명의 룩셈부르크 연구원은 이 발견이 향후 실험에서 실험실에서도 이러한 편광을 감지할 수 있는 방법을 제시한다고 언급했습니다. “우리의 목표는 엄격한 양자 이론 접근 방식에서 우주 상수를 도출하는 것입니다.”라고 Dmitry Fedorov는 주장합니다. “그리고 우리 작업에는 그것을 실현하는 방법에 대한 레시피가 포함되어 있습니다.”

그는 알렉산더 트카첸코(Alexander Tkachenko)와 함께 얻은 새로운 결과가 암흑 에너지와 알버트 아인슈타인의 우주 상수와의 관계를 더 잘 이해하기 위한 첫 번째 단계라고 생각합니다.

마지막으로 Tkatchenko는 다음과 같이 확신합니다.

참조: Aleksandr Tkachenko 및 Dmitry Fedorov의 “Casimir self-interaction energy density in quantum electrodynamic fields”, 2023년 1월 24일, 여기에서 사용 가능. 물리적 검토 편지.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.041601