Fizyk z Harvardu Qumran Wafa jest jednym z najsilniejszych zwolenników teorii strun. Ale tego lata inni teoretycy strun zgłosili jego najnowszą propozycję, która mogłaby zdyskredytować ich idee oparte na dziesięcioletnim założeniu, że ciemna energia jest stała (stała). Praca Wafy sugeruje, że zmienia się znaczenie ciemnej energii. Zmienna ciemna energia jest konsekwencją próby Wafy i jego współpracowników zastosowania teorii strun do wszechświata takiego jak nasz, w którym sama próżnia przestrzeni ma pewną wrodzoną energię.
Jeśli jego hipoteza (i sama teoria strun) jest prawdziwa, siłą przemian będzie ta tajemnicza substancja, która stanowi ponad 70% całkowitej masy i energii wszechświata i która przyspiesza jego ekspansję. Ale trwała ciemna energia od dawna służy jako podstawa wielu pomysłów w teorii strun - jest więc paradoksem, że to zmienna ciemna energia może doprowadzić do sukcesu teorii.
Ciemna energia i teoria strun
„Po raz pierwszy mogliśmy nauczyć się czegoś z teorii strun, które można zmierzyć” - mówi naukowiec Timm Wreiss z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu w Austrii. „Ale nie wiem, czy to się rzeczywiście stanie, czy nie”.
Zacznijmy od początku: żyjemy w wszechświecie, który wydaje się przestrzegać zasad. W największych skalach duże obiekty podlegają regułom ogólnej teorii względności, oddziałując ze sobą siłą grawitacji. W najmniejszej skali cząstki subatomowe są zgodne z zasadami mechaniki kwantowej i kwantowej teorii pola, oddziałując poprzez pola sił, które przejawiają się jako cząstki przenoszące siły. Ale matematyka nie sumuje się, gdy próbujesz wyjaśnić ogólną teorię względności jako ogromne rozszerzenie kwantowej teorii pola. Wspanialsza teoria, teoria strun, próbuje połączyć ogólną teorię względności z mechaniką kwantową, w której każda cząstka jest reprezentowana przez maleńką strunę, której wibracje w bardziej wielowymiarowej przestrzeni kodują właściwości obserwowane przez naukowców.
Jednak teoria nie jest całkowicie dokładna. Jest to raczej nadrzędna podstawa matematyczna, szkielet, z którego naukowcy mogą wyprowadzać teorie dotyczące naszego wszechświata, a także ogromnej liczby innych dozwolonych wszechświatów. Teoretycy strun mają nadzieję, że nasz wszechświat jest jedną z takich możliwości. Inni uważają, że teoria strun jest zasadniczo błędna, ale nie o to teraz chodzi.
Teorie strun muszą wyjaśniać wszechświat taki jak nasz pod każdym względem, aby można było uznać je za poprawne. Nasz wszechświat składa się najwyraźniej w 4% z materii (substancji, którą widzimy), w 25% z tajemniczej ciemnej materii, a reszta, jak pokazują obserwacje z 1988 roku, przypada na „ciemną energię”. Teoretycy strun pracowali przy założeniu, że siła ciemnej energii się nie zmienia, a ich teorie ewoluowały. Jednak Wafa i jego współautorzy zasugerowali w artykule tego lata, że aby istnieć zgodnie z regułami teorii strun, nasz wszechświat musi mieć pole ciemnej energii, którego wartość maleje.
Film promocyjny:
Jeśli wartość ciemnej energii się zmieni, będzie to ważne dla tych, których teorie opierają się na założeniu, że ciemna energia jest stała. „Może musimy wrócić do podstaw” - mówi Wreiss. Zmieniłoby to również rozumienie ewolucji wszechświata - zarówno w przeszłości, jak iw przyszłości.
Hipoteza Wafy była początkowo dość potężna i doprowadziła do „ogromnego podniecenia” - mówi Wreiss. Służyło jako wezwanie do działania dla teoretyków strun, którzy czuli, że ramy są zagrożone. Niektórzy natychmiast powiedzieli, że to nonsens - Eva Silverstein, fizyk ze Stanford, powiedziała Quancie, że to założenie opierało się na innych założeniach, a analiza była „wysoce wątpliwa”. Inni wykorzystują ten dokument jako okazję do sprawdzenia, czy ich teorie rzeczywiście mogą opisać wszechświat taki jak nasz.
Wreiss i inni skrytykowali pracę Wafy i jego grupy, a ich opinie zostały opublikowane w Physical Review D. założenia matematyczne. Na przykład pierwotne założenie było takie, że zachowanie pola fizycznego rządzącego ciemną energią pochodzi z funkcji matematycznej bez wzlotów i dołków, linii na wykresie bez szczytów i dołków. Vreiss odkrył, że obecność pola siłowego związanego z bozonem Higgsa wymaga szczytu w tej funkcji.
Jednak praca Vreissa nie wyklucza pomysłu Wafy - Wafa po prostu udoskonalił to założenie, aby lepiej pasowało do wszechświata, w którym żyjemy. Istnieją inne podobne prace, a Wafa zgadza się z wyjaśnieniami.
Naprawdę interesujące jest to, że wkrótce możemy się dowiedzieć, czy praca Wafy oferuje przetestowaną eksperymentalnie prognozę teorii strun. Byłaby to pierwsza możliwa do udowodnienia konsekwencja teorii strun. Niektóre eksperymenty mogą sprawdzić, czy ciemna energia zmienia się w czasie lub czy pozostaje stała, i może to zrobić przez kilka następnych lat.
Czy zatem na horyzoncie pojawia się zmiana paradygmatu? „Większość naukowców nie powie, że ta hipoteza jest prawdziwa lub fałszywa” - mówi Wreiss. Sam Wafa uważa, że oczywiście może się mylić, a to również mówi o znaczeniu teorii strun. - Ale jeśli Wafa ma rację? - mówi Vreiss. „To byłaby największa rzecz w teorii strun, aby dokonać mierzalnych prognoz”.
Ilya Khel