Teoria corzilor: aceasta este (în sfârșit) dovada pe care o așteptam? În orice caz, rezultatele sunt promițătoare!

O echipă de fizicieni crede că a găsit ceea ce ar putea fi prima dovadă observațională în sprijinul teoriei corzilor. Iar acest semnal nu provine de la particule ciudate sau acceleratoare gigantice, ci de la un fenomen despre care se credea deja că este bine cunoscut: energia întunecată.

Dintre toate încercările de reconciliere a marilor legi ale universului, teoria corzilor iese în evidență prin ambiția și sofisticarea sa. Încă din anii 1970, ea s-a prezentat ca un candidat serios pentru ceea ce fizicienii numesc „teoria întregului” (The Theory of Everything): un cadru unic capabil să unifice relativitatea generală – care descrie gravitația și structurile la scară foarte mare – și mecanica cuantică, care guvernează fenomenele la scară microscopică.

Nucleul acestei teorii se bazează pe o idee radicală: ceea ce percepem ca particule elementare (cum ar fi electronii sau quarcurile) sunt de fapt doar diferite manifestări ale aceluiași obiect fundamental – un șir unidimensional infinitezimal de mic care vibrează la frecvențe diferite. În funcție de modul în care vibrează, această coardă va da naștere unei particule diferite, la fel cum o coardă de chitară poate produce mai multe note în funcție de modul în care este ciupită. Acest concept, oricât de elegant ar fi din punct de vedere matematic, are un călcâi al lui Ahile: nu a fost încă confirmat prin experimente. Teoria corzilor operează în dimensiuni suplimentare (până la zece sau unsprezece, în funcție de versiune) care sunt invizibile în viața noastră de zi cu zi. Mai presus de toate, ea produce foarte puține predicții testabile în condițiile actuale. Energiile necesare pentru observarea directă a efectelor sale depășesc cu mult capacitatea acceleratoarelor de particule actuale. Astfel, de câteva decenii, teoria corzilor stârnește deopotrivă speranță și scepticism. Admirată pentru frumusețea sa formală, criticată pentru lipsa sa de verificabilitate, ea a rămas la marginea validării experimentale – până astăzi, poate.

Toate acestea s-ar putea schimba datorită unuia dintre cele mai fascinante mistere din cosmologie: energia întunecată. Din 1998, știm că expansiunea universului nu încetinește, ci accelerează. Cauza? O forță misterioasă care străbate spațiul. Se numește energie întunecată, dar nimeni nu știe cu adevărat ce este. Problema este că teoriile actuale nu pot explica adevărata sa natură – sau intensitatea sa. Dacă încercăm să o calculăm folosind legile fizicii cuantice, obținem un rezultat absurd: o densitate a energiei întunecate de 10¹²⁰ ori mai mare decât ceea ce observăm. Aceasta este una dintre cele mai mari discrepanțe între teorie și experiment întâlnite vreodată în știință.

Iar asta nu este tot. Măsurătorile recente efectuate de spectroscopul DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), un instrument de ultimă generație care cartografiază structura la scară largă a universului, au dezvăluit un alt element deconcertant: energia întunecată nu pare să rămână constantă în timp, așa cum se credea anterior. Ea pare să scadă ușor, ceea ce modelele clasice nu prezic.

Confruntați cu aceste inconsecvențe, o echipă de cercetători propune o abordare radicală: dacă problema ar consta în modul în care concepem spațiul-timp însuși? Pe baza teoriei corzilor, fizicienii au dezvoltat un model în care spațiu-timpul nu este continuu, ci fundamental cuantic. Concret, ei folosesc un cadru matematic cunoscut sub numele de „necomutativ”, în care coordonatele spațiului și timpului nu urmează o ordine fixă în ecuații. Această idee, deja cunoscută în mecanica cuantică, devine aici o proprietate a întregului univers. Acesta este punctul în care modelul propus își găsește utilitatea: descriind spațiul-timp ca un obiect cuantic, cercetătorii arată că o formă de energie întunecată rezultă în mod natural din acesta. Și nu orice fel de energie întunecată: o energie a cărei densitate corespunde aproape perfect cu cea măsurată astăzi… și care scade în timp, exact așa cum indică ultimele observații ale spectroscopului DESI. Dar asta nu este tot. Conform acestui model, această densitate de energie întunecată depinde de două scări extreme: lungimea Planck (cea mai mică unitate semnificativă în fizică, de ordinul a 10-³³ centimetri) și dimensiunea actuală a universului. O astfel de legătură între infinit de mic și infinit de mare este excepțională în fizică. Ea ar putea indica faptul că energia întunecată este o manifestare directă a naturii cuantice a spațiului-timp însuși.

Michael Kavic, coautor al studiului, care a fost postat pe baza de preprinturi arXiv, merge chiar mai departe: în opinia sa, datele actuale ar putea constitui prima semnătură observabilă a unui efect prezis de teoria corzilor. O premieră.

Spre deosebire de multe alte abordări teoretice, aceasta nu se limitează la ecuații. Cercetătorii sugerează modalități concrete de testare a ipotezei lor. Una dintre cele mai promițătoare este detectarea unui nou tip de interferențe cuantice pe care fizica cuantică standard nu le prevede, dar care ar trebui să apară în gravitația cuantică. Aceste modele de interferență ar putea fi observate în laborator în următorii câțiva ani, spun autorii. Ele ar constitui atunci dovezi experimentale fără precedent ale fenomenului gravitației cuantice – și, prin urmare, un test indirect al teoriei corzilor.

Se impune totuși prudență. Articolul nu a fost încă revizuit de colegi. Iar istoria recentă a fizicii teoretice este plină de anunțuri premature. Dar, pentru prima dată, elementele par să converge: o predicție a unei teorii fundamentale, un fenomen cosmologic misterios și observații reale care se potrivesc. Dacă aceste rezultate sunt confirmate, ar fi un progres decisiv în înțelegerea noastră a universului. Nu doar pentru a explica ce este energia întunecată, ci și pentru a oferi prima validare experimentală a unei teorii care caută cu disperare contactul cu realitatea de zeci de ani. Atunci, teoria corzilor nu ar mai fi un vis matematic. Ar deveni în sfârșit un instrument de înțelegere a adevăratei naturi a universului nostru.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România