Že od poznih dvajsetih let prejšnjega stoletja se astronomi zavedajo dejstva, da je vesolje v ekspanziji. Sprva je napovedala Einsteinova teorija splošne relativnosti, zato je ta realizacija šla za najbolj razširjen kozmološki model - teorijo velikega poka. Vendar pa so stvari postale nekoliko zmedene v devetdesetih letih, ko so izboljšana opažanja pokazala, da se stopnja širjenja vesolja pospešuje že milijarde let.
To je pripeljalo do teorije Temne energije, skrivnostne nevidne sile, ki poganja širitev kozmosa. Tako kot Temna zadeva, ki je razlagala "manjkajočo maso", je bilo potem treba najti to nedostopno energijo ali vsaj zagotoviti skladen teoretični okvir zanjo. Nova študija z univerze British Columbia (UBC) si prizadeva za to, da se s postulacijo vesolja širi zaradi nihanj v prostoru in času.
Študija - ki je bila nedavno objavljena v reviji Fizični pregled D - vodila ga je doktorica Qingdi Wang z oddelka za fiziko in astronomijo na UBC. Pod nadzorom profesorja UBC Williama Unruha (človeka, ki je predlagal učinek Unruh) in ob pomoči Zhen Zhu-a (še enega doktorskega študenta na UBC) zagotavljajo novo prevzemanje temne energije.
Skupina se je začela z obravnavanjem nedoslednosti, ki izhajajo iz dveh glavnih teorij, ki skupaj razlagata vse naravne pojave v vesolju. Te teorije niso nič drugega kot Splošna relativnost in kvantna mehanika, ki učinkovito razlagajo, kako se vesolje obnaša na največji lestvici (tj. Zvezde, galaksije, grozdi) in na najmanjši (subatomske delce).
Na žalost ti dve teoriji nista skladni, če gre za malo snov, ki je znana kot gravitacija, česar znanstveniki v kvantni mehaniki še vedno ne znajo razložiti. Obstoj Temne energije in širitev Vesolja sta še ena točka nesoglasja. Za začetek teorije kandidatov, kot je energija vakuuma - ki je eno izmed najbolj priljubljenih razlag za temno energijo - predstavljajo resne neskladnosti.
Po kvantni mehaniki bi imela vakuumska energija neverjetno veliko energijsko gostoto. Če pa je to res, potem Splošna relativnost napoveduje, da bi imela ta energija neverjetno močan gravitacijski učinek, ki bi bil dovolj močan, da bi vesolje eksplodiralo po velikosti. Kot je prof. Unruh delil s Space Magazine po e-pošti:
„Težava je v tem, da vsak naivni izračun energije vakuuma daje ogromne vrednosti. Če predpostavimo, da obstaja nekakšna meja, zato ne bi mogli doseči gostote energije veliko večje od Planckove energijske gostote (ali približno 10)95 Joules / meter³) potem ugotovimo, da nekdo dobi Hubble konstanto - časovno lestvico, v kateri se vesolje približno podvoji po velikosti - približno 10-44 sek. Običajni pristop je, da rečemo, da nekako nekaj zmanjša to navzdol, tako da namesto tega dejansko dosežemo približno 10 milijard let. Toda to je 'nekako' precej skrivnostno in nihče ni izoblikoval niti napol prepričljivega mehanizma. «
Medtem ko so si drugi znanstveniki prizadevali spremeniti teorije splošne relativnosti in kvantne mehanike, da bi odpravili te neskladnosti, sta Wang in njegovi sodelavci iskala drugačen pristop. Kot je Wang pojasnil Space Magazine po e-pošti:
"Prejšnje študije bodisi poskušajo spremeniti kvantno mehaniko na nek način, da bi energijo vakuuma naredili majhno, ali pa poskušajo spremeniti splošno relativnost na nek način, da bi gravitacija omrtvila za energijo vakuuma. Vendar sta kvantna mehanika in splošna relativnost dve najuspešnejši teoriji, ki pojasnjujeta, kako deluje naše vesolje… Namesto da bi poskušali spremeniti kvantno mehaniko ali splošno relativnost, menimo, da bi jih morali najprej bolje razumeti. Veliko gostoto vakuumske energije, ki jo predvideva kvantna mehanika, jemljemo resno in jim pustimo, da gravitirajo v skladu s splošno relativnostjo, ne da bi spremenili nobeno od njih. "
Zaradi svoje študije sta Wang in njegovi sodelavci opravili nove sklope izračunov energije vakuuma, ki so upoštevali njegovo napovedano visoko energijsko gostoto. Nato so preučili možnost, da je tkanina vesoljskega časa na najmanjši lestvici, ki je milijarda krat manjša od elektronov, podvržena divjim nihanjem in nihala v vsaki točki med raztezanjem in krčenjem.
Ko nihamo naprej in nazaj, je rezultat teh nihanj neto učinek, kjer se Vesolje širi počasi, vendar s hitrostjo. Po opravljenih izračunih so ugotovili, da je takšna razlaga skladna tako z obstojem kvantne gostote energije vakuuma kot s splošno relativnostjo. Poleg tega je skladno tudi s tem, kar znanstveniki v našem vesolju opazujejo že skoraj stoletje. Kot je opisal Unruh:
"Naši izračuni so pokazali, da bi človek lahko dosledno upošteval [da] vesolje na najtanjših lestvicah dejansko širi in upada z nesmiselno hitro hitrostjo; vendar to v veliki meri zaradi povprečenja teh drobnih lestvic fizika ne bi opazila te "kvantne pene". Ima majhen preostanek, saj daje učinkovito kozmološko konstanto (učinek temne energije). Na nek način je kot valovi na oceanu, ki potujejo, kot da bi bil ocean popolnoma gladek, toda res vemo, da obstaja neverjeten ples atomov, ki sestavljajo vodo, in valovi povprečno te nihajo, in delujejo, kot da površina je bila gladka. "
V nasprotju s konfliktnimi teorijami vesolja, kjer različnih sil, ki ga upravljajo, ni mogoče razrešiti in se morajo odpovedati drug drugemu, Wang in njegovi sodelavci predstavljajo sliko, v kateri vesolje ves čas stoji v gibanju. V tem scenariju so učinki vakuumske energije pravzaprav samoponikovalni, prav tako pa povzročajo širitev in pospeševanje, ki smo jih opazovali ves ta čas.
Čeprav je morda prezgodaj povedati, bi ta slika vesolja, ki je zelo dinamična (tudi na najtanjši lestvici), lahko spremenila naše razumevanje vesolja. Vsaj te teoretične ugotovitve zagotovo spodbudijo razpravo v znanstveni skupnosti in tudi poskuse, ki ponujajo neposredne dokaze. In to je, kot vemo, edini način za napredovanje našega razumevanja te stvari, znane kot Vesolje.
