Vuosikymmenien ajan tutkijat ovat hämmentyneet siitä, että maailmankaikkeuksemme laajenee. Loogiselta kannalta gravitaation pitäisi houkutella galakseja toisiinsa, mutta 1990-luvun havainnot osoittivat, että maailmankaikkeus ei vain laajene, vaan se laajenee kiihtyvällä trendillä ja syy on ns. Pimeään energiaan.
Tumma energia (ei pidä sekoittaa tummaan aineeseen) on hypoteettinen voima, jonka osuus on jopa 68,3 prosenttia kaikesta havaittavissa olevan maailmankaikkeuden energiasta. Ja tutkijoiden mielestä tämä energia työntää galaksit poispäin toisistaan. Siitä huolimatta, että on olemassa monia epäsuoria todisteita sen olemassaolosta, kukaan ei ole vielä pystynyt määrittämään suoraan pimeän energian läsnäoloa tai ainakin riittävästi selittämään mistä se tuli.
Uuden hypoteesin mukaan vastaus tähän kysymykseen oli kuitenkin kirjaimellisesti nenämme edessä. Tämän hypoteesin mukaan tumma energia on ehdottoman yleistä, kun sitä tarkastellaan yhden maailmankaikkeuden peruslakien näkökulmasta, jonka usein unohdamme tarkastelemalla tätä asiaa. Tämä peruslaki on energiansäästölaki. He puhuvat hänestä takaisin lukiossa. Yksinkertaisin sanoin hän sanoo seuraavan: energiaa ei voida vain luoda tai tuhota, se ei voi vain kadota. Ainoa mitä se voi tehdä, on virtata tilasta toiseen tai siirtyä kehosta toiseen. Suurin osa perusfysiikastamme perustuu tähän lakiin.
Eri instituutioiden fyysikkojen ryhmän uusi tutkimus ehdottaa, että jos jopa hienoinen energian menetys tapahtui maailmankaikkeuden varhaisina päivinä, se voisi selittää tumman energian luonteen, josta monet tutkijat puhuvat tänään. Tutkimuksen kirjoittajat lisäävät, että on täysin mahdollista, että vaikka tämä vuoto rikkoi peruslakia, se rikkoo sitä niin merkityksettömästi, että lopulta kukaan ei huomaa sitä.
Hypoteesi on melko rohkea, se on huomattava. Mutta tässä on mielenkiintoista ymmärtää, mikä tarkalleen johti tutkijat tällaiseen hypoteesiin. Ymmärtääksesi pimeän energian kysymystä ja yrittääksesi selittää sen, sinun on palattava vuoteen 1917, vuoteen, jolloin Einstein yritti ymmärtää miksi maailmankaikkeus on staattinen eikä sillä ole taipumusta kutistua tai laajentua. Tuolloin tämä teoria oli erittäin suosittu.
Selittääkseen painovoimaisen sidoksen puuttumisen Einstein ehdotti, että universumissa on oltava jotain, joka voisi luoda vastustuskyvyn painovoimalle universaalisessa mittakaavassa. Näin kosmologinen vakio näytti. Hän kuitenkin hylkäsi tämän idean vuonna 1929, kun tähtitieteilijä Edwin Hubble näki ensin merkit laajenevasta maailmankaikkeudesta, jonka hän totesi laskelmissaan. Viime vuosisadan 90-luvun alkupuolella tutkijat osoittivat, että maailmankaikkeus kasvaa kiihtyvyyden myötä ja Einsteinin vakio tuli jälleen ajankohtaiseksi. Astrofyysikot ovat uskoneet, että tämä vakio, josta Einstein puhui teoksissaan useita vuosikymmeniä sitten, on itse asiassa aina ollut asia, jota kutsumme tänään pimeäksi energiaksi.
Mikä tämä on, pimeä energia? Yleisessä mielessä sitä pidetään kosmologisena vakiona, muuttumattomana energiatiheytenä, joka syntyy ja täyttää tasaisesti maailmankaikkeuden tilan. Kvanttimekaniikasta tiedämme, että itse asiassa tyhjä tila ei ole koskaan tyhjä - se on täynnä kvanttihiukkasia ja energiaa, joka ilmestyy näiden hiukkasten ilmestymisen ja katoamisen vaikutuksesta. Ja joillakin näistä hiukkasista voi olla hylkivä voima - tuo hyvin pimeä energia.
Ehkä kiistanalaisin kohta on se, että tämän prosessin yhteydessä syntyvän pimeän energian ennustetun määrän pitäisi olla suurempi kuin indikaattori, joka tällä hetkellä esitetään ottaen huomioon maailmankaikkeuden laajentumisen havainnot - jopa 120 suuruusluokkaa enemmän, ollakseni täsmällinen. Tämä saattaa viitata siihen, että joko mittaamme tämän määrän väärin tai emme ymmärrä ollenkaan mistä tarkalleen pimeä energia tulee.
Mainosvideo:
Uuden tutkimuksen mukaan jälkimmäinen on todennäköisin skenaario, ja tässä yhteydessä esitetään uusi hypoteesi. Entä jos maailmankaikkeus kokenut varhaisessa ilmestymisessään jonkin verran energiavuotoja, ja tämä menetys asetti vauhtia pimeän energian syntymiselle?
"Mallissamme tummaa energiaa edustaa jotain, joka voi osoittaa energian määrän ja vauhdin, joka on menetetty koko maailmankaikkeuden historiassa", sanoo yksi tutkijoista, Alejandro Perez.
Keskeistä uudelle hypoteesille on vaihtoehtoinen suhteellisuusmalli, johon Einstein saapui 1910-luvulla. Sitä kutsutaan yksimodulaariseksi painovoimamalliksi. Hänen mukaansa energiaa ei tarvitse säästää ollenkaan. Samaan aikaan tutkijat sanovat, että soveltaessaan yksimodulaarisen painovoiman mallia laskelmiin, kosmologisen vakion arvo korreloi ihanteellisesti niiden havaintojen kanssa, joiden mukaan maailmankaikkeus laajenee kiihtyvyydellä.
On myös tärkeää huomata, että tämä malli ei välttämättä ole ristiriidassa nykyisen maailmankaikkeuden käsityksemme kanssa. Vaikka energian katoaminen varhaisessa maailmankaikkeudessa vaikuttaa pimeän energian tilavuuksien arvojen muutokseen, se ei vaikuta mihinkään muuhun tai ainakaan se ei ole havaittavissa nykyaikaisissa kokeissa.
"Aineen muodostavan aineen energia voidaan siirtää painovoimakenttään, ja tämä" energian menetys "toimii kosmologisena vakiona - se ei laimennu myöhemmin maailmankaikkeuden laajenemisella", kertoo toinen tutkimusryhmän jäsen Thibault Josse.
"Tätä silmällä pitäen energian menetyksellä tai luomisella kaukaisessa menneisyydessä voi olla vakavia seurauksia tänään ja aivan toisella tasolla ja laajemmassa mittakaavassa."
Tässä herättää kuitenkin kysymys: jos energian katoamisella ei ole vaikutuksia maailmankaikkeuteen, muuten kuin itse pimeimmän energian arvon muuttamiseen, miten tämän hypoteesin oikeellisuus tai virheellisyys voidaan tarkistaa? Tämä on pääongelma.
”Ehdotuksemme on hyvin yleinen, ja kaikki muutokset energiansäästölaissa vaikuttavat todennäköisesti kosmologisen vakion tehokkuuteen. Esimerkiksi se voisi asettaa uusia rajoituksia fenomenologisiin malleihin kvantimekaniikan ulkopuolella”, Josse sanoo.
”Toisaalta suora todiste siitä, että tumma energia saa virtansa tavallisesta energiasta, joka muuttaa tilansa, vaikuttaa todellisuuden ulkopuolella, koska meillä on jo lambda-termin arvo (se on myös kosmologinen vakio) ja lisäksi olemme rajoitettuja vain viimeinen kerta hänen (tumman energian) evoluutiostaan ”.
Yleensä tämä hypoteesi näyttää olevan toistaiseksi, hypoteesi, jota ei ole vielä testattu. Fyysikot kuitenkin sanovat haluavansa tutkia sitä tarkemmin tulevaisuuden todennäköisyyksien varalta.
”Ei ole kyse epävarmuudesta. Mutta tämä uusi idea näyttää olevan ainakin mielenkiintoinen ja ansaitsee siksi huomion”, sanoo Waterloon Kanadan teoreettisen fysiikan instituutin teoreettinen fyysikko Lee Smolin, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
NIKOLAY KHIZHNYAK
