Преди повече от век Алберт Айнщайн въвежда космологичната константа в своите уравнения, но впоследствие се отказва от нея.

Преди повече от 30 години физиците я връщат обратно, което създава сериозен проблем.

Учени откриха изненадваща връзка между квантовата гравитация и екзотично квантово състояние на материята, която може да обясни защо Вселената не се разширява с невъобразима скорост.

Изследването, публикувано в списание Physical Review Letters, предполага, че самата форма на пространство-времето може да предпазва космологичната константа от разрушителните квантови ефекти.

Един от най-големите проблеми в съвременната физика е свързан с параметър, известен като космологична константа.

Тя се появява за първи път в уравненията на общата теория на относителността на Алберт Айнщайн – най-доброто ни описание на гравитацията и пространство-времето.

По онова време Айнщайн е вярвал, че Вселената е статична

За да предотвратят колапса ѝ под собствената ѝ гравитация, уравненията му се нуждаели от противодействаща сила, която той въвежда именно като космологична константа.

През 1929 г. обаче става ясно, че Вселената не е статична, а се разширява. Вследствие на това Айнщайн премахва космологичната константа от своите уравнения, наричайки я дори „най-голямата си грешка“.

През 1998 г. астрономи откриват, че разширението на Вселената се ускорява. Космологичната константа се оказва подходящо обяснение за това ускорено разширение и отново е включена в описанието на Вселената.

Това създава сериозен проблем

Според квантовата теория празното пространство, или вакуумът, всъщност е изпълнено с частици, които непрекъснато възникват и изчезват поради квантови флуктуации.

Тези флуктуации допринасят значително за енергията на вакуума. Тази енергия е свързана с космологичната константа, което означава, че стойността ѝ би трябвало да е изключително голяма, доближаваща се до безкрайност.

Ако космологичната константа беше толкова голяма, Вселената би се разширявала толкова бързо, че галактики, звезди, планети и в крайна сметка живот никога не биха могли да се появят.

Наблюденията обаче показват, че действителната ѝ стойност е невероятно малка в сравнение с предвижданията на квантовата теория. Това несъответствие между теория и наблюдения остава една от най-големите загадки във физиката.

Сега учени предлагат възможно обяснение

Те смятат, че самата форма на пространство-времето може да пречи на космологичната константа да достигне огромни стойности.

Тази идея се основава на неочаквана връзка между квантовата гравитация и квантовия ефект на Хол – необичайно състояние на материята, при което електрическата проводимост приема стабилни, квантувани стойности.

Тази стабилност се дължи на топологията – дял от математиката, който изучава основните форми на системите.

Физиците твърдят, че подобна топология се наблюдава и в състоянието на Черн-Саймънс-Кодама, за което се предполага, че е основното състояние на квантовата гравитация.

Според учените, ако пространство-времето притежава такава топология, това решава проблема с космологичната константа.

Всички квантови смущения, които би трябвало драстично да увеличат стойността ѝ, остават инертни благодарение на тази топология, която поддържа стойността на константата стабилна.