Laajeneeko maailmankaikkeus ikuisesti, vai muuttuuko siitä lopulta pieni piikki?
Kesäkuussa julkaistu artikkeli ehdottaa, että ääretön laajeneminen ei ole mahdollista, ja tämä on innoittanut koko fysiikkayhteisöä.
"Ihmiset reagoivat erittäin tunnepitoisesti, koska jos tämä löydetään ja todistetaan, se on vaikuttava", sanoi Wienin teknillisen yliopiston fyysikko Timm Vraze.
Nyt Vraze ja hänen kollegansa ovat julkaissut erillisen tutkimuksen, joka tasapainottaa edellistä artikkelia. Tämä tarkoittaa, että jatkuvasti kasvavan maailmankaikkeuden teoriaa ei voida vielä sulkea pois.
Tumma energia ja avaruuden laajeneminen
Universumiamme on läpäissyt valtava näkymätön voima, joka näyttää vastustavan painovoimaa. Fyysikot kutsuvat tätä voimaa tummaksi energiaksi. Uskotaan, että juuri hän työntää jatkuvasti maailmankaikkeuttamme ulospäin provosoidessaan laajentumista.
Mutta kesäkuussa ryhmä fyysikoita julkaisi paperin, jossa väitettiin, että tumma energia muuttuu ajan myötä. Tämä tarkoittaa, että maailmankaikkeus ei laajene ikuisesti, mutta voi lopulta romahtaa kokoon, joka se oli ennen isoa räjähdystä.
Mainosvideo:
Lähes heti fyysikot havaitsivat teorian puutteet: useat riippumattomat ryhmät julkaisivat myöhemmin artikkeleita, joissa ehdotettiin hypoteesin korjaamista. Lehdessä Physical Review D, 2. lokakuuta julkaistussa lehdessä sanotaan, että alkuperäistä hypoteesia ei voida sellaisenaan perustella, koska se ei voi selittää Higgsin bosonin olemassaoloa, jonka tiedämme suuresta hadronin kolareista. Tästä huolimatta tämän artikkelin kirjoittaneen Vrazen mukaan joidenkin teoreettisten mukautusten kanssa hypoteesi romahtavasta maailmankaikkeudesta voi silti olla toteuttamiskelpoinen.
Kuinka selitämme kaiken, mitä on koskaan olemassa?
Jousteoria, jota joskus kutsutaan kaiken teoriaksi, on matemaattisesti tyylikäs, mutta kokeellisesti todistamaton malli Einsteinin suhteellisuusteorian yhdistämiseksi kvantmekaniikkaan. Jousateoria olettaa, että kaikki maailmankaikkeuden muodostavat hiukkaset eivät ole oikeastaan pisteitä, vaan värähtelevät yhden ulottuvuuden merkkijonot. Näiden värähtelyn erojen ansiosta voimme nähdä yhden hiukkasen fotonina ja toisen elektronina.
Jotta jousiteoria olisi kuitenkin käyttökelpoinen selitys maailmankaikkeudelle, sen on sisällettävä tumma energia.
Vrazen mukaan voit kuvitella tumman energian palloksi vuorten ja laaksojen keskuudessa, mikä edustaa potentiaalisen energian määrää. Jos pallo on vuoren huipulla, se voi olla paikallaan, mutta se voi rullata pienimmän häiriön takia, joten se on epävakaa. Jos pallo on laaksossa, se ei liiku, sillä on vähän energiaa ja se on vakaassa universumissa, koska voimakas työntäminen aiheuttaisi sen vierimisen.
Joustoteorian parissa työskentelevät teoreetikot ovat jo kauan oletaneet, että tumma energia on vakio ja muuttumaton maailmankaikkeudessa. Toisin sanoen, pallo on vuorien välisissä laaksoissa, se ei vieri vuorenhuippuja ja ei muutu ajan myötä.
Mutta kesäkuussa esitetty hypoteesi ehdottaa, että kielisoitusteorian toimimiseksi maisemassa ei saa olla vuoria tai laaksoja merenpinnan yläpuolella. (Tässä käsityksessä maailmankaikkeus on merenpinnan yläpuolella, mikä on metafora kohdasta, jossa tumma energia alkaa joko laajentaa maailmankaikkeutta tai supistua sitä.)
Pikemminkin maastossa on pieni kaltevuus ja "pimeän energian pallo" rullaa alaspäin. "Kun se rullaa alas, on vähemmän ja vähemmän tummaa energiaa", Vraze sanoi. "Pallokorkeus vastaa tumman energian määrää universumissamme."
Tässä teoriassa tumma energia voisi lopulta "liukua" merenpinnan alapuolelle ja alkaa vetää maailmankaikkeutta takaisin isopakoa edeltäneeseen kokoonsa.
Mutta on yksi ongelma.
Tällaisten epävakaiden vuorenhuippujen on osoitettu olevan olemassa, koska Higgsin bosoni on olemassa, Wraze sanoi. Ja on kokeellisesti todistettu, että Higgs-hiukkaset voivat esiintyä näillä vuorenhuiput ("epävakaat maailmankaikkeudet") ja ne voivat häiriintyä pienimmällä kosketuksella.
Vaikeudet universumien vakauden kanssa
Kamrun Wafa, joka työskentelee jousiteoriassa Harvardissa ja vanhemman kesäkuun hypoteesin kirjoittaja, vahvisti, että alkuperäisellä hypoteesilla on todellakin "vaikeuksia epävakaiden universumien kanssa". Ja myöhemmät artikkelit ovat heijastaneet tätä ongelmaa.
Vaikka hypoteesia tarkistettaisiin, "Vrazen mukaan" emme silti ole vakaassa universumissa - pikemminkin kaikki muu muuttuu ". Tarkistetun version mukaan vuorenhuippuja voi olla, mutta vakaita laaksoja ei voi (kuvitella hevosen satulan muotoa). Pallon pitäisi lopulta alkaa liikkua ja tumman energian tulisi muuttua ajan myötä.
Mutta jos hypoteesi on täysin väärä, silloin pimeä energia voi olla vakio, istumme kahden vuoren välisessä laaksossa ja maailmankaikkeus jatkaa laajentumistaan.
Hän toivoo, että seuraavan 10–15 vuoden aikana satelliitit, jotka mittaavat tarkemmin maailmankaikkeuden laajenemisen, auttavat meitä ymmärtämään, onko pimeä energia vakio vai muuttuva. Wafa suostui: "Tämä on jännittävä aika kosmologiassa ja toivottavasti näemme lähivuosina kokeellisia todisteita tumman energian muuttumisesta maailmankaikkeudessa."