Zakaj se vesolje širi s pospeševanjem in širi svojo vsebino po vedno večjih dimenzijah prostora? Izvirno rešitev te sestavljanke, zagotovo najbolj fascinantno vprašanje v sodobni kozmologiji, so podali štirje teoretični fiziki, Edward W. Kolb iz Nacionalnega pospeševalnega laboratorija Fermi iz ameriškega ministrstva za energetiko v Chicagu: Sabino Matarrese z univerze v Padova; Alessio Notari z univerze v Montrealu (Kanada); in Antonio Riotto iz INFN-a (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) iz Padove (Italija). Njihova študija je bila včeraj objavljena v reviji Physical Review Letters.
V zadnjih sto letih je bila širitev vesolja predmet strastne razprave, v katero so vpleteni najbolj briljantni umi stoletja. Tako kot njegovi sodobniki je tudi Albert Einstein sprva mislil, da je vesolje statično: da se niti ne širi niti ne krči. Ko je njegova lastna Teorija splošne relativnosti jasno pokazala, da se mora vesolje razširiti ali skrčiti, se je Einstein odločil za uvedbo nove sestavine v svojo teorijo. Njegova "kozmološka konstanta" je predstavljala masno gostoto praznega prostora, ki je gonilo vesolja, da se širi z vedno večjo hitrostjo.
Ko je leta 1929 Edwin Hubble dokazal, da se vesolje v resnici širi, je Einstein zavrnil svojo kozmološko konstanto in jo označil za "največjo napako v mojem življenju." Potem so skoraj stoletje kasneje fiziki oživili kozmološko konstanto v različici, imenovani temna energija. Leta 1998 so opažanja zelo oddaljenih supernov pokazala, da se vesolje širi s pospeševanjem. Zdi se, da je to pospešitev širitve mogoče razložiti le prisotnost nove sestavine vesolja, "temne energije", ki predstavlja približno 70 odstotkov celotne mase vesolja. Od ostalih je približno 25 odstotkov videti v obliki še ene skrivnostne sestavine, temne snovi; medtem ko le približno 5 odstotkov obsega navadna snov, so tisti kvarki, protoni, nevtroni in elektroni, iz katerih smo sestavljeni mi in galaksije.
"Hipoteza o temni energiji je izjemno fascinantna," pojasnjuje Padova Antonio Riotto, "vendar po drugi strani predstavlja resno težavo. Noben teoretični model, niti najmodernejši, na primer supersimetrija ali teorija strun, ne zna razložiti prisotnosti te skrivnostne temne energije v količini, ki jo zahtevajo naša opažanja. Če bi bila temna energija velikost, ki jo predvidevajo teorije, bi se vesolje razširilo s tako fantastično hitrostjo, da bi preprečilo obstoj vsega, kar vemo v našem kozmosu. "
Potrebno količino temne energije je tako težko uskladiti z znanimi naravnimi zakoni, da so fiziki predlagali vse vrste eksotičnih razlag, vključno z novimi silami, novimi dimenzijami vesolja in novimi ultralahkimi osnovnimi delci. Vendar novo poročilo ne predlaga nobene nove sestavine za vesolje, le spoznanje, da je sedanji pospešek vesolja posledica standardnega kozmološkega modela za zgodnje vesolje: inflacije.
"Naša rešitev paradoksa, ki ga postavlja pospešujoče vesolje," pravi Riotto, "se opira na tako imenovano inflacijsko teorijo, rojeno leta 1981. Po tej teoriji je vesolje doživelo v majhnem deležu sekunde po velikem udaru neverjetno hitra širitev. To pojasnjuje, zakaj se zdi, da je naše vesolje zelo homogeno. Nedavno sta poskusi Boomerang in WMAP, ki sta merila majhna nihanja sevanja ozadja, ki izvirajo iz Velikega poka, potrdila inflacijsko teorijo.
Po mnenju Einsteinove teorije splošne relativnosti je med inflacijsko ekspanzijo zgodaj v zgodovini vesolja nastajalo zelo drobno valovanje v vesolju. Te valovanja so se razširile s širjenjem vesolja in se danes širijo daleč preko našega kozmičnega obzorja, to je nad območje, veliko večje od opazovanega vesolja, oddaljeno približno 15 milijard svetlobnih let. V svojem trenutnem prispevku avtorji predlagajo, da razvoj teh kozmičnih valov povečuje opaženo širitev vesolja in predstavlja njegov pospešek.
"Spoznali smo, da morate preprosto dodati novo ključno sestavino, valove vesoljskega časa, ustvarjene med epoho inflacije, v Einsteinovo splošno relativnost, da bi razložili, zakaj se vesolje danes pospešuje," pravi Riotto. „Zdi se, da rešitev uganke pospeška vključuje vesolje onkraj našega kozmičnega obzorja. Nobena skrivnostna temna energija ni potrebna. "
Fermilab Kolb je avtorjev predlog označil za najbolj konservativno razlago za pospešitev vesolja. "Zahteva le pravilno upoštevanje fizičnih vplivov valovanja onkraj našega kozmičnega obzorja," je dejal.
Podatki iz prihajajočih poskusov bodo kozmologi lahko preskusili predlog. "Ali je imel Einstein prav, ko je prvič predstavil kozmološko konstanto, ali je imel prav, ko je pozneje ovrgel zamisel, bo kmalu preizkušen nov krog natančnih kozmoloških opazovanj," je dejal Kolb. "Novi podatki nam bodo kmalu omogočili razlikovanje med našimi razlagami za pospešeno širitev vesolja in rešitvijo temne energije."
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), italijanski nacionalni inštitut za jedrsko fiziko, podpira, koordinira in izvaja znanstvene raziskave na področju podjedrne, jedrske in astro-delniške fizike in sodeluje pri razvoju ustreznih tehnologij.
Fermilaba v Bataviji v zvezni državi Illinois, ZDA, upravlja Združenje za raziskave univerz, Inc., Ministrstva za energijo pri Ministrstvu za energijo, ki financira napredne raziskave na področju fizike in kozmologije delcev.
Izvirni vir: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
