Tähtitieteilijät ympäri maailmaa ovat hieman kiusallisia, koska he eivät tunnu olevan yhtä mieltä siitä, kuinka nopeasti maailmankaikkeus kasvaa.
Siitä lähtien, kun universumimme syntyi äärettömän tiheyden ja painovoiman pienen pilkun räjähdyksestä, se on palloutunut eikä myöskään tasaisella nopeudella - maailmankaikkeuden laajeneminen jatkaa nopeutumistaan.
Mutta kuinka nopeasti se laajenee, on käynyt huimaa keskustelua varten. Tämän laajentumisnopeuden mittaukset lähistöllä olevista lähteistä vaikuttavat olevan ristiriidassa saman mittauksen kanssa, joka on tehty kaukaisista lähteistä. Yksi mahdollinen selitys on, että periaatteessa jotain outoa tapahtuu maailmankaikkeudessa muuttaen laajenemisnopeutta.
Ja yksi teoreetikko on ehdottanut, että on syntynyt upouusi hiukkanen ja se muuttaa koko kosmosemme tulevaisuuden kohtaloa.
Hubble, Hubble, vaivaa ja vaivaa
Tähtitieteilijät ovat suunnitelleet useita fiksuja tapoja mitata sitä, mitä he kutsuvat Hubble-parametriksi tai Hubble-vakiona (merkitty kiireisillä ihmisillä H0). Tämä luku edustaa nykyään maailmankaikkeuden laajenemisnopeutta.
Yksi tapa mitata laajentumisnopeutta tänään on tarkastella lähellä olevia supernovia, kaasun ja pölyn räjähdystä, joka käynnistyi maailmankaikkeuden suurimmista tähtiä heidän kuolemansa aikana. Siellä on erityinen supernova, jolla on erityinen kirkkaus, joten voimme verrata kuinka kirkkaita ne näyttävät kuinka kirkkaisiin tiedämme niiden olevan tarkoitus ja laskea etäisyys. Sitten, katsomalla supernovan isäntägalaksin valoa, astrofysiikot voivat myös laskea, kuinka nopeasti he ovat siirtymässä meistä. Laittamalla kaikki kappaleet yhteen, voimme sitten laskea maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden.
Mutta maailmankaikkeudessa on enemmän kuin räjähtäviä tähtiä. Siellä on myös jotain, jota kutsutaan kosmiseksi mikroaaltotaustaksi, joka on jäljellä oleva valo heti Ison räjähdyksen jälkeen, kun universumimme oli vain vauva, vain 380 000 vuotta vanha. Planck-satelliitin kaltaisissa tehtävissä, joiden tehtävänä on kartoittaa tämä jäännössäteily, tutkijoilla on uskomattoman tarkat kartat tästä taustasta, joiden avulla voidaan saada erittäin tarkka kuva maailmankaikkeuden sisällöstä. Ja sieltä voimme ottaa nämä aineosat ja ajaa kellon eteenpäin tietokonemalleilla ja pystyä sanomaan, minkä laajentumisnopeuden pitäisi olla tänään - olettaen, että maailmankaikkeuden perustavanlaatuiset ainesosat eivät ole muuttuneet sen jälkeen.
Nämä kaksi arviota ovat riittävän erimielisiä, jotta ihmiset voisivat olla hieman huolissaan siitä, että meistä puuttuu jotain.
Katso pimeälle puolelle
Ehkä yksi tai molemmat mittaukset ovat vääriä tai epätäydellisiä; paljon tutkijoita molemmin puolin keskustelua heittävät sopivan määrän mutaa vastustajilleen. Mutta jos oletetaan, että molemmat mittaukset ovat tarkkoja, tarvitsemme jotain muuta selittämään eri mittaukset. Koska yksi mittaus tulee hyvin varhaisesta universumista ja toinen tulee suhteellisen viime aikoista, ajatellaan, että ehkä jokin uusi kosmos-aineosa muuttaa maailmankaikkeuden laajenemisnopeutta tavalla, jota emme ole jo kaapaneet malleja.
Ja mikä hallitsee nykyään maailmankaikkeuden laajenemista, on salaperäinen ilmiö, jota kutsumme tummaksi energiaksi. Se on mahtava nimi jokaiselle, jota emme periaatteessa ymmärrä. Tiedämme vain, että maailmankaikkeuden laajentumisnopeus kiihtyy tänään, ja kutsumme tätä kiihtyvyyttä vetävää voimaa "pimeäksi energiaksi".
Vertailuissamme nuoresta maailmankaikkeudesta nykypäivän maailmankaikkeuteen fyysikot olettavat, että tumma energia (mikä se on) on vakio. Mutta tällä oletuksella meillä on nykyinen erimielisyys, joten ehkä tumma energia muuttuu.
Luulen, että se on ampumisen arvoinen. Oletetaan, että tumma energia muuttuu.
Tutkijoilla on hiipivä epäily, että tummalla energialla on jotain tekemistä energian kanssa, joka on lukittu itse avaruus-ajan tyhjiöön. Tämä energia tulee kaikista "kvanttikentistä", jotka läpäisevät maailmankaikkeuden.
Nykyaikaisessa kvanttifysiikassa jokainen hiukkaslajia on sidottu omaan erityiseen kenttään. Nämä kentät pesevät läpi kaiken avaruusajan, ja joskus pienet kentät herättävät paikoissa todellakin, jolloin niistä tulee partikkeleita, joita tunnemme ja rakastamme - kuten elektroneja ja kvarkeja ja neutriinoja. Joten kaikki elektronit kuuluvat elektronikentään, kaikki neutriinot kuuluvat neutrinokenttään jne. Näiden kenttien vuorovaikutus muodostaa perustan ymmärryksellemme kvantimaailmasta.
Ja riippumatta siitä, minne menet universumissa, et voi päästä kvanttikentistä. Jopa silloin, kun he eivät tärise tarpeeksi tietyssä paikassa saadakseen hiukkasia, he ovat silti siellä, heiluttelevat ja tärisevät ja tekevät normaalin kvanttitehtävänsä. Joten näihin kvanttikenttiin liittyy perustavanlaatuinen määrä energiaa, jopa itse paljaassa tyhjössä.
Jos haluamme käyttää avaruus-ajan tyhjiön eksoottista kvantenergiaa selittääkseen pimeää energiaa, törmäämme välittömästi ongelmiin. Kun teemme joitain hyvin yksinkertaisia, hyvin naiiveja laskelmia siitä, kuinka paljon energiaa tyhjössä on kaikkien kvanttikenttien takia, loppumme luku, joka on noin 120 astetta vahvempi kuin mitä havaitsemme tumman energian olevan. Oho.
Toisaalta, kun yritämme hienostuneempia laskelmia, lopulta luku on nolla. Mikä on myös eri mieltä mitatun tumman energian määrän kanssa. Hups taas.
Joten ei väliä mitä, meillä on todella vaikea yrittää ymmärtää tummaa energiaa avaruus-ajan tyhjiöenergian (näiden kvanttikenttien luoman energian) kielen avulla. Mutta jos nämä laajentumisnopeuden mittaukset ovat tarkkoja ja tumma energia todella muuttuu, se saattaa antaa meille vihjeen näiden kvanttikenttien luonteeseen. Erityisesti, jos tumma energia on muuttumassa, se tarkoittaa, että itse kvantikentät ovat muuttuneet.
Uusi vihollinen ilmestyy
Äskettäisessä online-julkaisussa, joka julkaistiin arXiv-esijulkaisussa, teoreettinen fyysikko Massimo Cerdonio Padovan yliopistosta on laskenut kvanttikenttien muutoksen määrän, joka tarvitaan tumman energian muutoksen huomioon ottamiseksi.
Jos on uusi kvanttikenttä, joka vastaa pimeän energian muutoksesta, se tarkoittaa, että maailmankaikkeudessa on uusi hiukkanen.
Ja tumman energian muutoksen määrä, jonka Cerdonio laski, vaatii tietyntyyppisen hiukkasmassan, joka osoittautuu suunnilleen samanlaiseksi uudentyyppisen hiukkasen massalle, joka on jo ennustettu: ns. Aksio. Fyysikot keksivat tämän teoreettisen hiukkasen ratkaistakseen joitain ongelmia kvanttiymmärryksessämme voimakkaasta ydinvoimasta.
Tämä hiukkanen ilmeisesti ilmestyi hyvin varhaisessa universumissa, mutta on "varjostunut" taustalla, kun taas muut voimat ja partikkelit kontrolloivat maailmankaikkeuden suuntaa. Ja nyt on akselin vuoro ...
Jopa niin, ettemme ole koskaan havainneet aksionia, mutta jos nämä laskelmat ovat oikeita, niin se tarkoittaa, että aksio on siellä, täyttäen maailmankaikkeuden ja sen kvanttikentän. Myös tämä hypoteettinen akseli tekee itsestään jo havaittavan muuttamalla pimeän energian määrää kosmossa. Joten voi olla, että vaikka emme ole koskaan nähneet tätä hiukkasta laboratoriossa, se muuttaa jo maailmankaikkeuttamme suurimmalla mittakaavalla.
