Alors que la théorie de la relativité générale d’Einstein peut expliquer un large éventail de phénomènes astrophysiques et cosmologiques fascinants, certains areas des propriétés de l’univers aux as well as grandes échelles restent un mystère. Une nouvelle étude utilisant la cosmologie quantique en boucle – une théorie qui utilise la mécanique quantique pour étendre la physique gravitationnelle au-delà de la théorie de la relativité générale d’Einstein – explique deux mystères majeurs. Alors que les différences dans les théories se produisent à la plus petite échelle – bien as well as petite que même un proton – elles ont des conséquences à la in addition grande des échelles accessibles de l’univers. L’étude, qui paraît en ligne le 29 juillet dans la revue Actual physical Critique Letters, fournit également de nouvelles prédictions sur l’univers que les futures missions satellites pourraient tester.



elle a une composition à grande échelle, par exemple parce que les galaxies et la matière noire ne sont pas uniformément réparties dans tout l’univers. L’origine de cette framework remonte aux minuscules inhomogénéités observées dans le fond cosmique des micro-ondes (CMB) – rayonnement émis lorsque l’univers était jeune de 380 mille ans que nous pouvons encore voir aujourd’hui. Mais le CMB lui-même a trois caractéristiques déroutantes qui sont considérées comme des anomalies car elles sont difficiles à expliquer en utilisant la physique connue.

« Bien que voir l’une de ces anomalies ne soit peut-être pas si statistiquement remarquable, voir deux ou furthermore ensemble suggère que nous vivons dans un univers exceptionnel », a déclaré Donghui Jeong, professeur agrégé d’astronomie et d’astrophysique à Penn Condition et auteur de l’article. « Une étude récente dans la revue Mother nature Astronomy a proposé une explication à l’une de ces anomalies qui ont soulevé tant de préoccupations supplémentaires, elles ont signalé une » crise feasible en cosmologie « . En utilisant la cosmologie de la boucle quantique, cependant, nous avons résolu naturellement deux de ces anomalies, évitant cette crise potentielle.  »



La recherche au cours des trois dernières décennies a grandement amélioré notre compréhension de l’univers primitif, y compris la façon dont les inhomogénéités dans le CMB ont été produites en premier lieu. Ces inhomogénéités sont le résultat d’inévitables fluctuations quantiques dans l’univers primitif. Au cours d’une stage d’expansion très accélérée très tôt – appelée inflation – ces fluctuations primordiales et minuscules ont été étirées sous l’influence de la gravité et ont semé les inhomogénéités observées dans le CMB.

« Pour comprendre comment les graines primordiales sont apparues, nous devons examiner de furthermore près l’univers primitif, où la théorie de la relativité générale d’Einstein s’effondre », a déclaré Abhay Ashtekar, professeur de physique Evan Pugh, titulaire de la chaire de physique Eberly Household et directeur de le Penn State Institute for Gravitation and the Cosmos. « Le paradigme inflationniste common basé sur la relativité générale traite l’espace-temps comme un continuum lisse. Prenons une chemise qui ressemble à une floor bidimensionnelle, mais en y regardant de additionally près, vous pouvez voir qu’elle est tissée par des fils unidimensionnels densément emballés. Ainsi, le tissu de l’espace-temps est vraiment tissé par des fils quantiques. En tenant compte de ces fils, la cosmologie quantique en boucle nous permet d’aller au-delà du continuum décrit par la relativité générale où la physique d’Einstein s’effondre – par exemple au-delà du Massive Bang.  »

L’enquête précédente des chercheurs sur l’univers primitif a remplacé l’idée d’une singularité du Large Bang, où l’univers émergeait de rien, avec le Huge Bounce, où l’univers en growth actuel a émergé d’une masse tremendous-comprimée qui a été créée lorsque l’univers s’est contracté en sa section précédente. Ils ont constaté que toutes les buildings à grande échelle de l’univers expliquées par la relativité générale sont également expliquées par l’inflation après ce Significant Bounce en utilisant les équations de la cosmologie quantique en boucle.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont déterminé que l’inflation sous la cosmologie quantique en boucle résout également deux des anomalies majeures qui apparaissent en relativité générale.

« Les fluctuations primordiales dont nous parlons se produisent à l’échelle incroyablement petite de Planck », a déclaré Brajesh Gupt, chercheur postdoctoral à Penn Condition au instant de la recherche et actuellement au Texas Innovative Computing Heart de l’Université du Texas à Austin. « Une longueur de Planck est approximativement 20 ordres de grandeur plus petite que le rayon d’un proton. Mais des corrections à l’inflation à cette échelle inimaginable expliquent simultanément deux des anomalies aux moreover grandes échelles de l’univers, dans un tango cosmique du très petit et le très grand.  »

Les chercheurs ont également produit de nouvelles prédictions sur un paramètre cosmologique fondamental et des ondes gravitationnelles primordiales qui pourraient être testées lors de futures missions satellitaires, notamment LiteBird et Cosmic Origins Explorer, qui continueront d’améliorer notre compréhension de l’univers primitif.

En as well as de Jeong, Ashtekar et Gupt, l’équipe de recherche comprend V. Sreenath de l’Institut national de technologie du Karnataka à Surathkal, en Inde. Ce travail a été soutenu par la Nationwide Science Basis, la NASA, le Penn State Eberly University of Science et le Centre interuniversitaire d’astronomie et d’astrophysique de Pune, en Inde.