UBC -fysiker kan ha löst ett av naturens stora pussel:vad orsakar den accelererande expansionen av vårt universum?

Doktoranden Qingdi Wang har tagit upp denna fråga i en ny studie som försöker lösa en stor inkompatibilitetsfråga mellan två av de mest framgångsrika teorierna som förklarar hur vårt universum fungerar:kvantmekanik och Einsteins teori om allmän relativitet.

Studien tyder på att om vi zoomade in på universum, vi skulle inse att det består av ständigt fluktuerande utrymme och tid.

"Rymdtid är inte så statisk som den verkar, det rör sig hela tiden, sa Wang.

"Det här är en ny idé inom ett område där det inte har kommit många nya idéer som försöker lösa detta problem, "sa Bill Unruh, en professor i fysik och astronomi som övervakade Wangs arbete.

1998, astronomer fann att vårt universum expanderar i en allt större takt, innebär att utrymmet inte är tomt och istället fylls med mörk energi som driver materia bort.

Den mest naturliga kandidaten för mörk energi är vakuumenergi. När fysiker tillämpar teorin om kvantmekanik för vakuumenergi, den förutspår att det skulle finnas en otroligt stor densitet av vakuumenergi, mycket mer än den totala energin för alla partiklar i universum. Om detta är sant, Einsteins allmänna relativitetsteori antyder att energin skulle ha en stark gravitationseffekt och de flesta fysiker tror att detta skulle få universum att explodera.

Lyckligtvis, detta händer inte och universum expanderar mycket långsamt. Men det är ett problem som måste lösas för att grundläggande fysik ska utvecklas.

Till skillnad från andra forskare som har försökt ändra teorierna om kvantmekanik eller allmän relativitet för att lösa problemet, Wang och hans kollegor Unruh och Zhen Zhu, också en UBC -doktorand, föreslå ett annat tillvägagångssätt. De tar den stora tätheten av vakuumenergi som förutspås av kvantmekanik på allvar och finner att det finns viktig information om vakuumenergi som saknades i tidigare beräkningar.

Deras beräkningar ger en helt annan fysisk bild av universum. I den här nya bilden, utrymmet vi lever i svänger enormt. Vid varje punkt, det pendlar mellan expansion och kontraktion. När det svänger fram och tillbaka, de två avbryter nästan varandra men en mycket liten nettoeffekt driver universum att expandera långsamt i en accelererande takt.

Men om utrymme och tid varierar, varför kan vi inte känna det?

"Detta händer i mycket små skalor, miljarder och miljarder gånger mindre än en elektron, sa Wang.

"Det liknar vågorna vi ser på havet, "sa Unruh." De påverkas inte av den intensiva dansen hos de enskilda atomerna som utgör vattnet som dessa vågor rider på. "

Deras tidning publicerades förra veckan i Fysisk granskning D :https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.95.103504.