Kuten kaikki tietävät, maailmankaikkeus laajenee jatkuvasti. Mutta monet eivät edes tajua, että prosessi kiihtyy ja että fyysikoilla ei ole järkevää selitystä tälle ilmiölle. Ryhmä teoreetikkoja ehdotti, että salaperäinen "pimeä energia" oli mukana, ja nyt me kerromme sinulle esteettömässä muodossa, mikä se on.
Lähes kahden vuosikymmenen ajan tähtitieteilijät ovat tienneet, että maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy, ikään kuin salaperäinen "pimeä energia" puhaltaa sen sisältä, kuten ilmapallo. Tämä energia on edelleen yksi suurimmista fysiikan mysteereistä nykyään. Nyt trioreetikko väittää, että tumma energia tulee hämmästyttävästä lähteestä. Niin kammottavalta kuin se kuulostaakin, heidän mielestään se on ristiriidassa fysiikan perusteiden kanssa, jotka kaikki oppivat koulussa: universumin kokonaisenergian määrä ei ole kiinteä ja muuttumaton, se voi asteittain kadota.
Tutkijoiden mukaan pimeä energia voi olla erityinen kenttä, vähän kuin sähköinen, joka täyttää tilan. Toisaalta se voi olla osa itse maailmaa, jota kutsutaan kosmologiseksi vakiona (muuten lambda-termi). Toinen skenaario näyttää pilkkaavan Einsteinin suhteellisuusteoriaa, jonka mukaan painovoima tapahtuu, kun massa ja energia taivuttavat tilaa ja aikaa. Itse asiassa kosmologinen vakio on myös Einsteinin keksintö, ja hän keksi sen kirjaimellisesti lisäämällä yhtälöihin vakion selittääkseen, kuinka maailmankaikkeus vastustaa tuhoa omalla painovoimallaan. Hän kuitenkin hylkäsi ajatuksen, kun tähtitieteilijät huomasivat 1920-luvulla, että maailmankaikkeus ei ollut staattinen, vaan laajeneva, ikään kuin se olisi syntynyt räjähdyksestä.
Lähemmällä tarkkailulla kävi selväksi, että maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyi ja kosmologinen vakio palasi jälleen. Kvanttimekaniikan puitteissa siitä tulee kuitenkin paljon ovelampi. Kvanttimekaniikka ehdottaa, että tyhjiön itsensä on värähtelemättömästi. Yleisesti suhteellisuusteoriassa nämä pienet kvanttivaihtelut tuottavat energiaa, joka toimii kosmologisena vakiona. Kaikkien muiden asioiden ollessa yhtä suuret, sen on oltava 120 suuruusluokkaa suurempi tuhoamaan maailmankaikkeus. Joten selitys miksi kosmologinen vakio on olemassa, mutta hyvin vaatimattomassa muodossa, on iso mysteeri fyysikoille. Kun se ei ollut vielä välttämätöntä, fyysikot yksinkertaisesti olettivat, että jotkut vielä tuntemattomat vaikutukset yksinkertaisesti vähentävät sen nollaan.
Nyt Thibault Josette ja Alejandro Perez Aix-Marseillen yliopistosta Ranskassa ja Daniel Sudarski Meksikon kansallisesta autonomisesta yliopistosta Meksikossa väittävät löytäneensä tavan saada kohtuullinen arvo kosmologiselle vakiolle. Ne alkoivat versiosta yleisestä suhteellisuusteoriasta, jonka Einstein itse keksi, nimeltään unimodulaarinen painovoima. Yleinen suhteellisuusteoria edellyttää matemaattista symmetriaa, yleistä kovarianssia, mikä tarkoittaa, että riippumatta siitä, miten määrität koordinaatin sijainnin tilassa ja ajassa, teoreettinen ennuste pysyy samana. Tämä symmetria vaatii energian ja vauhdin säästämistä. Unimodulaarisella painovoimalla on rajoitetumpi versio tästä matemaattisesta symmetriasta.
Tämä järjestelmä toistaa suurimman osan yleisen suhteellisuusteorian oletuksista. Sen mukaan tyhjön kvanttivaihtelut eivät kuitenkaan luo painovoimaa eivätkä vaikuta kosmologiseen vakioon (joka loppujen lopuksi on vain matemaattinen vakio, ja sen arvo voi olla mikä tahansa). Mutta tällä on hinta: yksisuuntainen painovoima ei vaadi energiaa säästääkseen, joten teoreetikkojen on rajoitettava sitä mielivaltaisesti.
Tutkijoiden trio on osoittanut, että yksimuotoinen painovoima, jos se hyväksytään ja sen annetaan rikkoa energian ja liikemäärän säilymislakia, asettaa todellisen vakion arvon. Väite on matemaattinen, mutta itse asiassa jopa pieni osa maailmankaikkeudesta katoavasta energiasta jättää jäljen kosmologisen vakion muutoksen muodossa. "Mallissamme oleva pimeä energia on juuri seurausta siitä, kuinka paljon energiaa ja liikettä on menetetty maailmankaikkeudessa koko olemassaolon ajan", Perez sanoo.
Osoittaakseen, että heidän teoriansa on kohtuullinen ja sovellettavissa todellisuuteen, tutkijat tarkastelivat kahta skenaariota siitä, kuinka energiansäästölain rikkominen vaikuttaisi teoreettisesti kvanttimekaniikan taustalla oleviin ongelmiin. Esimerkiksi jatkuvan spontaanin lokalisoinnin (CSL) teoria yrittää selittää, miksi subatomiset hiukkaset, kuten elektronit, voivat kirjaimellisesti olla kahdessa paikassa samanaikaisesti, mutta niin suuret esineet kuin autot tai ihmiset eivät. CSL olettaa, että tällaiset aineen tilat syntyvät ja hajoavat itsestään riippuvuudessa, mikä kasvaa kohteen tilavuuden kasvaessa, mikä tarkoittaa, että suuri esine ei yksinkertaisesti voi olla "kaksinkertainen" maapallon olosuhteissa. Tätä teoriaa vastaan on tosiasia, että siinä ei oteta huomioon energiansäästöä. Teoreetikot ovat kuitenkin osoittaneet, että energiansäästöä koskevien määräysten rikkomisten summa on juuri tämä,antaa halutun kokoinen kosmologinen vakio.
Mainosvideo:
Joidenkin tutkijoiden mukaan teoreetikot pelaavat yksinkertaisesti matematiikalla. Heidän on edelleen oletettava, että kosmologinen vakio alkaa pienestä arvosta, mutta he eivät selitä tätä näkökohtaa. Nykyaikainen fysiikka on kuitenkin täynnä selittämättömiä vakioita, kuten elektronin varaus tai valon nopeus, joten tämä on vain yksi vakio pitkällä listalla.