Laajentuuko maailmankaikkeus ikuisesti tai romahtaako lopulta pieneksi pilkkuksi?
Kesäkuussa julkaistussa lehdessä ehdotettiin loputtoman laajentumisen olevan mahdotonta merkittävän fysiikan teorian mukaan - arvailu, joka aiheutti valtavia aaltoja fysiikkayhteisössä.
"Ihmiset suhtautuvat asiaan hyvin, sellaisenaan, koska jos se on totta ja löydetty, se olisi mahtava", sanoi Wienin teknillisen yliopiston fyysikko Timm Wrase.
Nyt Wrase ja hänen kollegansa ovat julkaissut erillisen tutkimuksen, joka tuo valtava reikä väitteeseen, mikä tarkoittaa, että jatkuvasti laajenevaa maailmankaikkeutta ei voida vielä sulkea pois.
Tumma energia ja kosminen laajentuminen
Universumiamme läpäisee laaja, näkymätön voima, joka näyttää vastustavan painovoimaa. Fyysikot kutsuvat tätä voimaa tummaksi energiaksi, ja sen uskotaan ajavan jatkuvasti maailmankaikkeuttamme ulospäin.
Mutta kesäkuussa ryhmä fyysikkoja julkaisi arXiv-lehdessä preprint-lehdessä viittauksen siihen, että tumma energia muuttuu ajan myötä. Tämä tarkoittaa, että maailmankaikkeus ei laajene ikuisesti, vaan saattaa lopulta romahtaa kokoon, joka se oli ennen isoa räjähdystä.
Melkein heti, fyysikot kuitenkin löysivät ongelmia teoriassa: Useat riippumattomat ryhmät julkaisivat myöhemmin artikkeleita, joissa ehdotettiin arvelun tarkistamista. Nyt 2. lokakuuta lehdessä Physical Review D julkaistu asiakirja ehdottaa, että alkuperäinen olettamus ei nykyisessä muodossaan voi olla totta, koska se ei voi selittää Higgsin bosonin olemassaoloa - jonka tiedämme olevan olemassa, iso Hadron-kolarilaite, massiivinen hiukkasten törmäyslaite Ranskan ja Sveitsin rajalla.
Silti pienellä teoreettisella säätämisellä romahtavan maailmankaikkeuden olettamukset voivat silti olla elinkelpoisia, uuden Physical Review D -lehden kirjoittaja Wrase kertoi Live Sciencelle.
Kuinka selitämme kaiken, mitä koskaan on olemassa?
Merkkijono-teoria, jota joskus kutsutaan kaiken teoriaksi, on matemaattisesti tyylikäs, mutta kokeellisesti todistamaton kehys Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhdistämiseksi kvanttimekaniikkaan. Jousteoria viittaa siihen, että kaikki maailmankaikkeuden muodostavat hiukkaset eivät ole oikeastaan pisteitä, vaan värähtelevät yhden ulottuvuuden merkkijonot - ja näiden värähtelyjen erot antavat meille mahdollisuuden nähdä yhden hiukkasen fotonina ja toisen elektronina.
Jotta jousiteoria olisi kuitenkin käyttökelpoinen selitys maailmankaikkeudelle, siihen on kuitenkin sisällytettävä tumma energia.
Kuvittele tätä tummaa energiaa palloksi vuoristo- ja laaksomaisemassa, joka edustaa sen potentiaalisen energian määrää, Wrase sanoi. Jos pallo seisoo vuoren huipulla, se voi olla vielä, mutta se voi rullata pienimmällä häiriöllä, joten se on epävakaa. Jos pallo istuu laaksossa, se ei muutu tai liikku, sillä on vähän energiaa ja se sijaitsee vakaassa universumissa, koska jopa voimakas työntö johtaisi sen pyörimään takaisin laaksoon.
Jousmateoreetikot olettivat pitkään, että tumma energia on jatkuvaa ja muuttumatonta maailmankaikkeudessa. Toisin sanoen, se on saastunut vuorten välisissä laaksoissa, ei liikkuessaan vuorenhuipilta ja siten muuttumatta ajan myötä, Wrase sanoi.
Mutta kesäkuussa esitetyt oletukset viittaavat siihen, että kielisoitusteorian toimimiseksi maisemalla ei ole vuoria tai laaksoja merenpinnan yläpuolella. (Tässä käsityksessä universumimme seisoo merenpinnan yläpuolella - mikä merkitsee metaforisesti sitä kohtaa, jossa tumma energia alkaa joko vetää maailmankaikkeutta yhteen tai työntää maailmankaikkeus erillään.)
Pikemminkin maisema on pieni kaltevuus ja pimeän energian pallo pyörii aina alaspäin. "Kun pimeä energia pyörii alaspäin, siitä tulee pienempiä", Wrase sanoi. "Pallokorkeus vastaa tumman energian määrää universumissamme."
Tässä teoriassa pimeä energia voi lopulta päästä tiensä merenpinnan alapuolelle ja alkaa vetää maailmankaikkeutta takaisin yhteen Big-Bangia edeltäneeseen muotoonsa.
Mutta siinä on vain yksi ongelma, Wrase sanoi.
"Olemme osoittaneet, että tällaisten epävakaiden vuorenhuippujen on oltava olemassa", hän sanoi. Tämä johtuu siitä, että tiedämme, että Higgs-hiukkanen on olemassa. Ja olemme kokeellisesti todistaneet, että Higgin hiukkaset voivat esiintyä näillä vuorenhuipilla tai "epävakaissa maailmankaikkeuksissa" ja että ne voidaan häiritä pienimmällä kosketuksella, hän sanoi.
Vaikeus universumien vakauden kanssa
Cumrun Vafa, johtoteoreetikko Harvardissa ja vanhempi olettamuksen tekijä kesäkuusta lähtien, kertoi Live Science: lle sähköpostiviestissä, että alkuperäisellä oletuksella on todellakin "vaikeuksia epävakaiden universumien kanssa". Tämä uusi artikkeli ja muutamat muut osoittavat tämän ongelman, hän lisäsi. Mutta on olemassa useita kirjoituksia, joissa ehdotetaan arvelun vähäisiä tarkistuksia, jotka edelleen noudattaisivat Wraasin ja hänen tiiminsä ehdottamia rajoituksia, hän sanoi.
Jopa tarkistetussa oletuksessa "emme olisi vakaassa universumissa, vaan asiat muuttuisivat", Wrase sanoi. Tarkistuksen mukaan vuorenhuippuja voi olla, mutta vakaita laaksoja ei voi olla, hän sanoi. (Kuvittele hevosen satulan muoto). Pallo on lopulta alkava liikkua ja tumman energian on muututtava ajassa, hän lisäsi. Mutta "jos arvailu on väärä, silloin pimeä energia voisi olla vakio, istumme kahden vuoren välisessä laaksossa", ja maailmankaikkeus jatkaisi laajentumistaan.
10-15 vuoden sisällä hän toivoo, että satelliitit, jotka mittaavat tarkemmin maailmankaikkeuden laajenemisen, voivat auttaa meitä ymmärtämään, onko pimeä energia vakio vai muuttuva.
Vafa suostui. "Nämä ovat kosmologian jännittäviä aikoja, ja toivottavasti näemme lähivuosina kokeellisia todisteita tumman energian muutoksesta maailmankaikkeudessa", hän sanoi.
