V zadnjih nekaj desetletjih so znanstveniki odkrili, da je vesolje veliko več, kot sreča oko: Videti je, da je vesolje napolnjeno ne le z eno, temveč z dvema nevidnima sestavinama - temno snovjo in temno energijo, katere obstoj je bil predlagan temeljijo izključno na njihovih gravitacijskih učinkih na navadno snov in energijo.
Zdaj je teoretični fizik Robert J. Scherrer zasnoval model, ki bi lahko skrivnost razrešil na pol z razlago temne snovi in temne energije kot dveh vidikov ene same neznane sile. Njegov model je opisan v prispevku z naslovom "Čisto kinetična k esenca kot enotna temna zadeva", ki ga je v Fizičnem revijalnem pismu 30. junija objavil na spletu in je na voljo na spletni strani http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
"Eden od načinov za to je, da se vesolje napolni z nevidno tekočino, ki pritiska na navadno snov in spremeni način, kako se vesolje širi," pravi Scherrer, profesor fizike na univerzi Vanderbilt.
Po njegovem mnenju je njegov model izjemno preprost in se izogne večjim težavam, ki so zaznamovale prejšnja prizadevanja za poenotenje temne snovi in temne energije.
V 70. letih prejšnjega stoletja so astrofiziki postavili obstoj nevidnih delcev, imenovanih temna snov, da bi razložili gibanje galaksij. Na podlagi teh opažanj ocenjujejo, da mora biti v vesolju približno 10-krat več temne snovi kot navadna snov. Ena od možnih razlag za temno snov je, da je sestavljena iz nove vrste delcev (imenovanih Slabo v interakciji z masivnimi delci ali WIMP), ki ne oddajajo svetlobe in komajda komunicirajo z navadno snovjo. Številni poskusi iščejo dokaze o teh delcih.
Kot da to ni bilo dovolj, je v devetdesetih letih zraven prišla tudi temna energija, ki ustvarja odbojno silo, za katero se zdi, da uničuje vesolje. Znanstveniki so sklicali temno energijo, da bi razložili presenetljivo odkritje, da se hitrost, s katero se širi vesolje, ne upočasnjuje, kot je mislila večina kozmologov, ampak se namesto tega pospešuje. Po najnovejših ocenah temna energija predstavlja 75 odstotkov vesolja, temna snov pa še 23 odstotkov, navadna snov in energija pa imata očitno manjšinsko vlogo le 2 odstotka.
Scherrerjeva združljiva ideja je eksotična oblika energije z natančno opredeljenimi, vendar zapletenimi lastnostmi, imenovana skalarno polje. V tem kontekstu je polje fizikalna količina, ki ima energijo in pritisk, ki se širi po vesolju. Kozmologi so se najprej pozvali na skalarna polja, da bi razložili kozmično inflacijo, obdobje kmalu po velikem udaru, ko se zdi, da je vesolje doživelo epizodo hiper ekspanzije, saj je milijardo napolnila milijardo krat v manj kot sekundi.
Scherrer natančneje v svojem modelu uporablja skalarno polje druge generacije, znano kot k-esenca. Polja K-esence je razvil Paul Steinhardt z univerze Princeton in drugi kot razlago za temno energijo, vendar je Scherrer prvi, ki je poudaril, da lahko enostavna vrsta k-esenčnega polja ustvari tudi učinke, pripisane temni snovi.
Znanstveniki razlikujejo med temno snovjo in temno energijo, ker se zdi, da se obnašajo drugače. Zdi se, da ima temna snov maso in tvori velikanske grude. V resnici kozmologi računajo, da je gravitacijsko privlačenje teh grud igralo ključno vlogo pri tem, da so navadne snovi tvorile galaksije. Temna energija je nasprotno videti brez mase in se enakomerno širi po vesolju, kjer deluje kot nekakšna protigravitacija, odbojna sila, ki vesolje potisne narazen.
Polja K-bistva lahko sčasoma spremenijo svoje vedenje. Pri raziskovanju zelo enostavnega polja k-bistvenega polja - tistega, v katerem je potencialna energija konstanta - je Scherrer odkril, da ko se polje razvija, prehaja skozi fazo, kjer lahko stisne in posnema učinek nevidnih delcev, ki mu sledi faza, ko enakomerno se širi po vesolju in prevzema značilnosti temne energije.
"Model se naravno razvije v stanje, ko je nekaj časa videti kot temna snov in potem je videti kot temna energija," pravi Scherrer. "Ko sem to spoznal, sem si mislil:" To je prepričljivo, poglejmo, kaj lahko storimo s tem. "
Ko je podrobneje preučil model, je Scherrer ugotovil, da se izogne številnim težavam, ki so mučile prejšnje teorije, ki poskušajo poenotiti temno snov in temno energijo.
Najzgodnejši model temne energije je bil narejen s spremembo splošne teorije relativnosti, da bi vključevala izraz, imenovan kozmološka konstanta. To je bil izraz, ki ga je Einstein prvotno vključil za uravnavanje sile gravitacije, da bi oblikoval statično vesolje. Toda veselo je spustil konstanto, ko so astronomska opazovanja dneva ugotovila, da to ni potrebno. Zadnji modeli, ki ponovno uvajajo kozmološko konstanto, dobro opravljajo reprodukcijo učinkov temne energije, vendar ne pojasnjujejo temne snovi.
En poskus poenotenja temne snovi in temne energije, imenovan Chaplygin plinski model, temelji na delu ruskega fizika v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Ta ustvari začetno stopnjo temne materije, ki ji sledi temna energijo podobna evolucija, vendar ima težave pri razlagi procesa nastajanja galaksij.
Scherrerjeva formulacija ima nekaj podobnosti z enotno teorijo, ki jo je v začetku letošnjega leta predlagala Nima Arkani-Hamed z univerze Harvard in njegovi sodelavci, ki poskušajo razložiti temno snov in temno energijo, kot da izhajata iz obnašanja nevidne in vseprisotne tekočine, ki jo imenujejo " kondenzat duha. "
Čeprav ima Scherrerjev model številne pozitivne lastnosti, ima tudi nekaj pomanjkljivosti. Kot prvo, je potrebna neka ekstremna „natančna prilagoditev“, da deluje. Fizik tudi opozarja, da bo potrebnih več študij, da se ugotovi, ali je vedenje modela skladno z drugimi opažanji. Poleg tega ne more odgovoriti na problem naključja: Zakaj živimo edini čas v zgodovini vesolja, ko so gostote, izračunane za temno snov in temno energijo, primerljive. Znanstveniki so do tega sumljivi, ker namiguje, da je v današnji dobi nekaj posebnega.
Izvirni vir: Novice Release University Vanderbilt
