Naukowcy od dziesięcioleci zastanawiają się, czy nasz wszechświat się rozszerza. Z logicznego punktu widzenia grawitacja powinna przyciągać do siebie galaktyki, ale obserwacje z lat 90. XX wieku pokazały, że Wszechświat nie tylko się rozszerza, ale także z przyspieszającym trendem, a winna jest tak zwana ciemna energia.
Ciemna energia (nie mylić z ciemną materią) to hipotetyczna siła, która stanowi do 68,3 procent całej energii w obserwowalnym wszechświecie. Naukowcy uważają, że ta energia odpycha galaktyki od siebie. Niemniej jednak, pomimo wielu pośrednich dowodów na jej istnienie, nikt nie był jeszcze w stanie bezpośrednio określić obecności ciemnej energii, ani przynajmniej odpowiednio wyjaśnić, skąd ona pochodzi.
Jednak zgodnie z nową hipotezą, odpowiedź na to pytanie leży dosłownie przed naszymi nosami. Zgodnie z tą hipotezą ciemna energia jest absolutnie powszechna z punktu widzenia jednego z podstawowych praw wszechświata, o którym często zapominamy, rozważając tę kwestię. Tym podstawowym prawem jest prawo zachowania energii. Rozmawiają o nim w liceum. Mówi w prostych słowach: energii nie można po prostu stworzyć ani zniszczyć, nie może po prostu zniknąć. Jedyne, co może zrobić, to przejść z jednego stanu do drugiego lub przejść z jednego ciała do drugiego. Większość naszej podstawowej fizyki opiera się na tym prawie.
Nowe badanie przeprowadzone przez zespół fizyków z różnych instytucji sugeruje, że nawet subtelna utrata energii wystąpiła w pierwszych dniach wszechświata, może to wyjaśnić naturę ciemnej energii, o której mówi dziś wielu naukowców. Autorzy badania dodają, że jest całkiem możliwe, że przeciek ten, choć naruszył fundamentalne prawo, naruszył je na tyle nieznacznie, że ostatecznie nikt by go nie zauważył.
Hipoteza jest dość odważna, należy zauważyć. Ale tutaj interesujące jest zrozumienie, co dokładnie doprowadziło badaczy do takiej hipotezy. Aby zrozumieć kwestię ciemnej energii i spróbować ją wyjaśnić, trzeba cofnąć się do 1917 roku, roku, w którym Einstein próbował zrozumieć, dlaczego wszechświat jest statyczny i nie ma tendencji do kurczenia się ani rozszerzania. W tym czasie ta teoria była bardzo popularna.
Aby wyjaśnić brak wiązania grawitacyjnego, Einstein zasugerował, że we wszechświecie musi być coś, co mogłoby stworzyć opór grawitacji w skali uniwersalnej. Tak pojawiła się stała kosmologiczna. Jednak porzucił ten pomysł w 1929 roku, kiedy astronom Edwin Hubble po raz pierwszy zobaczył oznaki rozszerzającego się wszechświata, które zauważył w swoich obliczeniach. Na początku lat 90. ubiegłego wieku naukowcy udowodnili, że Wszechświat rozszerza się wraz z przyspieszeniem, a stała Einsteina ponownie nabrała znaczenia. Astrofizycy doszli do wniosku, że ta stała, o której Einstein mówił w swoich pracach kilkadziesiąt lat temu, w rzeczywistości zawsze była tym, co dziś nazywamy ciemną energią.
Więc co to jest, ciemna energia? W ogólnym sensie jest uważana za stałą kosmologiczną, niezmienną gęstość energii, która powstaje i równomiernie wypełnia przestrzeń Wszechświata. Z mechaniki kwantowej wiemy, że w rzeczywistości pusta przestrzeń nigdy nie jest pusta - jest wypełniona cząstkami kwantowymi i energią, która pojawia się pod wpływem pojawiania się i zanikania tych cząstek. Niektóre z tych cząstek mogą mieć odpychającą moc - tę bardzo ciemną energię.
Być może najbardziej kontrowersyjną kwestią jest to, że przewidywana ilość pojawiającej się ciemnej energii w ramach tego procesu powinna być większa niż wskazywany obecnie wskaźnik, biorąc pod uwagę obserwację rozszerzania się Wszechświata - a dokładniej do 120 rzędów wielkości więcej. Może to wskazywać, że albo nieprawidłowo mierzymy tę objętość, albo w ogóle nie rozumiemy, skąd dokładnie pochodzi ciemna energia.
Film promocyjny:
Nowe badania sugerują, że ten drugi scenariusz jest najbardziej prawdopodobny i przy tej okazji wysuwana jest nowa hipoteza. Co by się stało, gdyby we wszechświecie na początku swego pojawienia się doszło do wycieku energii, a utrata ta nadała tempo pojawieniu się ciemnej energii?
„W naszym modelu ciemną energię reprezentuje coś, co może wskazywać ilość energii i pęd, który został utracony w całej historii wszechświata” - mówi jeden z badaczy, Alejandro Perez.
Centralnym elementem tej nowej hipotezy jest alternatywny model ogólnej teorii względności, do którego doszedł Einstein w latach 1910-tych. Nazywa się to unimodularnym modelem grawitacji. Według niej w ogóle nie trzeba oszczędzać energii. Jednocześnie naukowcy twierdzą, że stosując model unimodularnej grawitacji w obliczeniach, wartość stałej kosmologicznej jest idealnie skorelowana z tymi obserwacjami, zgodnie z którymi nasz Wszechświat rozszerza się z przyspieszeniem.
Należy również zauważyć, że ten model niekoniecznie jest mocno sprzeczny z naszym obecnym rozumieniem wszechświata. Chociaż zanik energii we wczesnym Wszechświecie wpłynie na zmianę wartości objętości ciemnej energii, nie wpłynie to na nic innego, a przynajmniej nie będzie zauważalne w naszych współczesnych eksperymentach.
„Energia substancji, z której składa się materia, może zostać przeniesiona do pola grawitacyjnego, a ta„ utrata energii”będzie działać jako stała kosmologiczna - nie ulegnie późniejszemu osłabieniu wraz z rozszerzeniem wszechświata” - mówi Thibault Josse, inny członek zespołu badawczego.
„Mając to na uwadze, utrata lub wytworzenie energii w odległej przeszłości może mieć poważne konsekwencje dzisiaj, na zupełnie innym poziomie i na większą skalę”.
Tutaj jednak pojawia się pytanie: jeśli zanik energii nie ma żadnego wpływu na Wszechświat, poza tym, że zmienia wartość samej najciemniejszej energii, to jak możemy zweryfikować poprawność lub niepoprawność tej hipotezy? To jest główny problem.
„Nasza propozycja jest bardzo ogólna, a każda zmiana w prawie zachowania energii prawdopodobnie przyczyni się do efektywności stałej kosmologicznej. Na przykład może nałożyć nowe ograniczenia na modele fenomenologiczne poza mechaniką kwantową”- mówi Josse.
„Z drugiej strony, bezpośredni dowód na to, że ciemna energia jest zasilana przez zwykłą energię, która zmienia swój stan, wydaje się poza rzeczywistością, ponieważ mamy już znaczenie terminu lambda (jest to również stała kosmologiczna), a ponadto jesteśmy ograniczeni tylko ostatni raz jej ewolucji (ciemnej energii)”.
Ogólnie rzecz biorąc, ta hipoteza wydaje się być tym, czym jest do tej pory, hipotezą, która nie została jeszcze przetestowana. Jednak fizycy twierdzą, że chcą zbadać to bardziej szczegółowo pod kątem prawdopodobieństw w przyszłości.
„Nie ma mowy o żadnej pewności. Ale ten nowy pomysł wydaje się co najmniej interesujący i dlatego zasługuje na uwagę”- mówi Lee Smolin, fizyk teoretyk z Kanadyjskiego Instytutu Fizyki Teoretycznej w Waterloo, który nie brał udziału w badaniach.
NIKOLAY KHIZHNYAK