Czy wszechświat rozszerzy się na zawsze, czy w końcu zmieni się w maleńką plamkę?
Artykuł opublikowany w czerwcu sugeruje, że nieskończona ekspansja nie jest możliwa, co bardzo podnieciło całą społeczność fizyków.
„Ludzie reagują bardzo emocjonalnie, ponieważ jeśli zostanie to odkryte i udowodnione, będzie imponujące” - powiedział Timm Vraze, fizyk z Politechniki Wiedeńskiej.
Teraz Vraze i jego koledzy opublikowali oddzielne badanie, które stanowi przeciwwagę dla poprzedniego artykułu. Oznacza to, że nie można jeszcze wykluczyć teorii stale rozszerzającego się wszechświata.
Ciemna energia i ekspansja kosmiczna
Nasz Wszechświat jest przesiąknięty ogromną niewidzialną siłą, która wydaje się przeciwstawiać grawitacji. Fizycy nazywają tę siłę ciemną energią. Uważa się, że to ona nieustannie „wypycha” nasz Wszechświat na zewnątrz, prowokując ekspansję.
Ale w czerwcu grupa fizyków opublikowała artykuł, w którym twierdzili, że ciemna energia zmienia się w czasie. Oznacza to, że wszechświat nie będzie się rozszerzał w nieskończoność, ale może w końcu zapaść się do rozmiarów sprzed Wielkiego Wybuchu.
Film promocyjny:
Niemal natychmiast fizycy odkryli wady teorii: kilka niezależnych grup opublikowało następnie artykuły, w których zaproponowano poprawki do hipotezy. Artykuł opublikowany 2 października w czasopiśmie Physical Review D mówi, że w obecnym kształcie oryginalna hipoteza nie może być uzasadniona, ponieważ nie może wyjaśnić istnienia bozonu Higgsa, o którym wiemy z Wielkiego Zderzacza Hadronów. Niemniej jednak, według Vraze, który jest współautorem tego artykułu, z pewnymi teoretycznymi poprawkami, hipoteza zapadającego się wszechświata może nadal być aktualna.
Jak wyjaśnimy wszystko, co kiedykolwiek istniało?
Teoria strun, czasami nazywana teorią wszystkiego, jest matematycznie eleganckim, ale eksperymentalnie nieudowodnionym modelem łączenia teorii względności Einsteina z mechaniką kwantową. Teoria strun zakłada, że wszystkie cząstki tworzące wszechświat nie są w rzeczywistości punktami, ale jednowymiarowymi strunami, które wibrują. Różnice w tych drganiach pozwalają nam zobaczyć jedną cząstkę jako foton, a drugą jako elektron.
Jednak aby teoria strun była realnym wyjaśnieniem wszechświata, musi obejmować ciemną energię.
Według Vraze'a, możesz wyobrazić sobie ciemną energię jako kulę wśród gór i dolin, która reprezentuje ilość energii potencjalnej. Jeśli piłka znajduje się na szczycie góry, może być nieruchoma, ale może się stoczyć z powodu najmniejszego zakłócenia, więc jest niestabilna. Jeśli piłka jest w dolinie, nie porusza się, ma niską energię i znajduje się w stabilnym wszechświecie, ponieważ silne pchnięcie spowodowałoby jej cofnięcie.
Teoretycy zajmujący się teorią strun od dawna zakładali, że ciemna energia jest stała i niezmienna we wszechświecie. Innymi słowy, kula znajduje się w dolinach między górami, nie stacza się ze szczytów gór i nie zmienia się w czasie.
Jednak hipoteza wysunięta w czerwcu sugeruje, że aby teoria strun działała, krajobraz nie może mieć gór ani dolin nad poziomem morza. (W tej koncepcji nasz wszechświat znajduje się nad poziomem morza, co jest metaforą punktu, w którym ciemna energia zaczyna rozszerzać wszechświat lub go kurczyć).
Teren jest raczej lekko nachylony, a „kula ciemnej energii” toczy się w dół. „Gdy się stacza, jest coraz mniej ciemnej energii” - powiedział Vraze. „Wysokość kuli odpowiada ilości ciemnej energii w naszym wszechświecie”.
Zgodnie z tą teorią, ciemna energia może ostatecznie „zsunąć się” poniżej poziomu morza i zacząć przyciągać Wszechświat z powrotem do rozmiarów sprzed Wielkiego Wybuchu.
Ale jest jeden problem.
Wykazano, że takie niestabilne szczyty górskie istnieją, ponieważ istnieje bozon Higgsa - powiedziała wraze. Udowodniono eksperymentalnie, że cząsteczki Higgsa mogą istnieć na szczytach gór („niestabilnych wszechświatów”) i mogą zostać zakłócone przy najmniejszym dotknięciu.
Trudności ze stabilnością wszechświatów
Kamrun Wafa, który pracuje nad teorią strun na Harvardzie i jest głównym autorem hipotezy czerwcowej, potwierdził, że rzeczywiście oryginalna hipoteza ma „trudności z niestabilnymi wszechświatami”. I kolejne artykuły odzwierciedlały ten problem.
Jednak według Vraze, nawet jeśli hipoteza zostanie zrewidowana, „nadal nie będziemy w stabilnym Wszechświecie - raczej wszystko inne się zmieni”. Według poprawionej wersji szczyty górskie mogą istnieć, ale stabilne doliny nie mogą (wyobraź sobie kształt siodła konia). Piłka powinna w końcu zacząć się toczyć, a ciemna energia powinna się zmieniać w czasie.
Ale jeśli ta hipoteza jest całkowicie błędna, wtedy ciemna energia może być stała, będziemy siedzieć w dolinie między dwiema górami, a wszechświat będzie nadal się rozszerzał.
Ma nadzieję, że w ciągu następnych 10-15 lat satelity, które dokładniej mierzą ekspansję Wszechświata, pomogą nam zrozumieć, czy ciemna energia jest stała, czy się zmienia. Wafa zgodził się: „To ekscytujący okres w kosmologii i miejmy nadzieję, że w ciągu następnych kilku lat zobaczymy eksperymentalne dowody na zmianę ciemnej energii w naszym wszechświecie”.