Se bo vesolje za vedno razširilo ali se bo sčasoma zrušilo v drobno piko?
Časopis, objavljen junija, je predlagal, da je neskončno širjenje po veliki teoriji fizike nemogoče - domneva, ki je v skupnosti fizike naredila velike valove.
"Ljudje so zelo čustveni zaradi tega, ker če bi bilo resnično in odkrili, bi bilo spektakularno," je dejal Timm Wrase, fizik z dunajske tehnološke univerze.
Zdaj sta Wrase in njegovi sodelavci objavili ločeno študijo, ki v tem argumentu potegne ogromno luknjo, kar pomeni, da vse bolj razširjenega vesolja še ni mogoče izključiti.
Temna energija in kozmična ekspanzija
Naše vesolje je prežeto z ogromno nevidno silo, ki se zdi, da nasprotuje gravitaciji. Fiziki to silo imenujejo temna energija in misli se, da ves čas potiska naše vesolje navzven.
Toda junija je skupina fizikov objavila članek v reviji za tisk arXiv, ki nakazuje, da se temna energija sčasoma spreminja. To pomeni, da se vesolje ne bo večno širilo, ampak se bo sčasoma lahko sesulo v velikost, kakršno je bilo pred velikim praskom.
Skoraj takoj pa so fiziki našli težave s teorijo: več neodvisnih skupin je naknadno objavilo prispevke, ki so predlagali spremembe domneve. V prispevku, objavljenem 2. oktobra v reviji Physical Review D, prvotna domneva ne more biti resnična, saj ne more razložiti obstoja Higgsovega bozona - za katerega vemo, da obstaja Veliki hadronski trkalnik, masivni trkalec delcev na meji med Francijo in Švico.
Kljub temu bi lahko z malo teoretičnega preobrata ugibanje vesolja, ki se ruši, še vedno izvedljivo, je Wrase, soavtor novega časopisa Physical Review D, povedal Live Science.
Kako razložimo vse, kar je kdaj obstajalo?
Teorija strun, ki jo včasih imenujemo teorija vsega, je matematično eleganten, vendar eksperimentalno nedokazan okvir za združitev Einsteinove teorije splošne relativnosti s kvantno mehaniko. Teorija strun kaže, da vsi delci, ki sestavljajo vesolje, v resnici niso pike, temveč enodimenzionalni nizi, ki vibrirajo - in razlike v teh vibracijah nam omogočajo, da en delček vidimo kot foton, drugega pa kot elektron.
Da pa je teorija strun sposobna razložiti vesolje, mora vsebovati temno energijo.
Zamislite si to temno energijo kot kroglico v pokrajini gora in dolin, ki predstavljajo količino potencialne energije, ki jo ima, je dejal Wrase. Če kroglica stoji na vrhu gore, je morda mirna, vendar se lahko z najmanjšim vznemirjanjem spusti navzdol, zato je nestabilna. Če žoga sedi v dolini, se ne spreminja ali se premika, ima malo energije in prebiva v stabilnem vesolju, ker bi jo celo močan potisk spustil nazaj v dolino.
Teoretiki strun so dolgo predpostavljali, da je temna energija v vesolju konstantna in nespremenljiva. Z drugimi besedami, v dolinah med gorami je zasukano, ne se valja z vrhov in se sčasoma ne spreminja, je dejal Wrase.
Toda domneva, ki je bila predstavljena junija, kaže, da, če teorija strun deluje, pokrajina nima gore ali dolin nad morsko gladino. (V tem konceptu naše vesolje stoji nad morsko gladino - kar metaforično označuje točko, ko temna energija začne vesolje vleči skupaj ali vesolje potisniti narazen.)
Namesto tega je pokrajina rahlo pobočna in kroglica temne energije se vedno bolj spušča navzdol. "Medtem ko se valja navzdol, temna energija postaja vse manjša in manjša," je dejal Wrase. "Višina kroglice ustreza količini temne energije v našem vesolju."
V tej teoriji se lahko temna energija sčasoma spusti pod morsko gladino in začne vesolje spet vleči v svojo obliko pred Big-Bang.
Vendar je samo ena težava, je dejal Wrase.
"Pokazali smo, da morajo obstajati tako nestabilni vrhovi," je dejal. To je zato, ker vemo, da Higgsov delec obstaja. Eksperimentalno smo dokazali, da lahko na teh vrhovih ali v "nestabilnih vesoljih" obstajajo Higgsovi delci in jih je možno motiti z najmanjšim dotikom.
Težave s stabilnostjo vesolja
Cumrun Vafa, teoretik strun na Harvardu in višji avtor poročevalnega dela iz junija, je v e-poštnem sporočilu Live Science povedal, da ima resnično originalna domneva "težave z nestabilnimi vesolji." Ta nov dokument in nekaj drugih kažejo to težavo, je dodal. Toda nekaj dokumentov je predlagalo rahle spremembe domneve, ki bi se še vedno držale omejitev, ki sta jih Wrase in njegova ekipa predlagala, je dejal.
Tudi v spremenjeni domnevi "ne bi bili v stabilnem vesolju, ampak bi se stvari spremenile," je dejal Wrase. Revizija pravi, da gorski vrhovi lahko obstajajo, vendar stabilne doline ne morejo, je dejal. (Zamislite si obliko konjskega sedla). Žoga se mora sčasoma začeti valjati in temna energija se mora sčasoma spremeniti, je dodal. Toda "če je domneva napačna, potem bi lahko bila temna energija konstantna, bi sedli v dolini med dvema gorama", in vesolje bi se še naprej širilo.
V 10 do 15 letih upa, da nam bodo sateliti, ki natančneje merijo širitev vesolja, pomagali razumeti, ali je temna energija konstantna ali se spreminja ali ne.
Vafa se je strinjal. "To so vznemirljivi časi kozmologije in upamo, da bomo v naslednjih nekaj letih videli eksperimentalne dokaze za spremembo temne energije v našem vesolju," je dejal.
