Czy wszechświat rozszerzy się na zawsze, czy ostatecznie zapadnie się w drobną plamkę?
Artykuł opublikowany w czerwcu sugerował, że nieskończona ekspansja była niemożliwa według głównej teorii fizyki - przypuszczenia, które wywołało ogromne fale w społeczności fizyków.
„Ludzie odczuwają to bardzo, bardzo emocjonalnie, ponieważ jeśli to prawda i odkryta, byłoby to spektakularne” - powiedział Timm Wrase, fizyk z Politechniki Wiedeńskiej.
Teraz Wrase i jego koledzy opublikowali osobne badanie, które dziwi ogromną dziurę w tym sporze, co oznacza, że wciąż nie można wykluczyć wciąż rozszerzającego się wszechświata.
Ciemna energia i kosmiczna ekspansja
Nasz wszechświat jest przesiąknięty ogromną, niewidzialną siłą, która wydaje się przeciwstawiać grawitacji. Fizycy nazywają tę siłę ciemną energią i uważa się, że nieustannie wypycha ona nasz wszechświat na zewnątrz.
Ale w czerwcu grupa fizyków opublikowała artykuł w czasopiśmie arXiv, w którym sugeruje, że ciemna energia zmienia się w czasie. Oznacza to, że wszechświat nie rozszerzy się na zawsze, ale ostatecznie może spaść do rozmiarów sprzed Wielkiego Wybuchu.
Niemal natychmiast jednak fizycy znaleźli problemy z teorią: kilka niezależnych grup opublikowało następnie artykuły sugerujące poprawki do przypuszczeń. Teraz artykuł opublikowany 2 października w czasopiśmie Physical Review D sugeruje, że w obecnej formie pierwotna hipoteza nie może być prawdziwa, ponieważ nie może wyjaśnić istnienia bozonu Higgsa - który, jak wiemy, istnieje dzięki Wielki Zderzacz Hadronów, ogromny zderzacz cząstek na granicy między Francją a Szwajcarią.
Jednak przy odrobinie teoretycznych poprawek hipoteza zapadającego się wszechświata mogłaby być nadal opłacalna, powiedział Wrase, współautor nowego artykułu Physical Review D, Live Science.
Jak wyjaśniamy wszystko, co kiedykolwiek istniało?
Teoria strun, czasami nazywana teorią wszystkiego, jest matematycznie elegancką, ale niesprawdzoną eksperymentalnie ramą do połączenia teorii ogólnej teorii względności Einsteina z mechaniką kwantową. Teoria strun sugeruje, że wszystkie cząstki tworzące wszechświat nie są tak naprawdę kropkami, lecz jednowymiarowymi strunami, które wibrują - a różnice w tych drganiach pozwalają nam zobaczyć jedną cząsteczkę jako foton, a drugą jako elektron.
Aby teoria strun była realnym wyjaśnieniem wszechświata, musi ona jednak zawierać ciemną energię.
Wyobraźcie sobie tę ciemną energię jako kulę w krajobrazie gór i dolin, które reprezentują ilość potencjalnej energii, jaką ma, powiedział Wrase. Jeśli piłka stoi na szczycie góry, może być nieruchoma, ale może stoczyć się z najmniejszym zaburzeniem, dlatego jest niestabilna. Jeśli piłka siedzi w dolinie, nie zmienia się ani nie porusza, ma niską energię i znajduje się w stabilnym wszechświecie, ponieważ nawet silne pchnięcie spowodowałoby, że przetoczyłaby się z powrotem w dolinę.
Teoretycy strun od dawna zakładali, że ciemna energia jest stała i niezmienna we wszechświecie. Innymi słowy, jest wtulony w doliny między górami, nie toczy się z gór, a zatem nie zmienia się w czasie, powiedział Wrase.
Ale hipoteza przedstawiona w czerwcu sugeruje, że aby teoria strunów zadziałała, krajobraz nie ma żadnych gór ani dolin nad poziomem morza. (W tej koncepcji nasz wszechświat stoi nad poziomem morza - co metaforycznie oznacza punkt, w którym ciemna energia zaczyna albo przyciągać wszechświat do siebie, albo rozpychać wszechświat).
Krajobraz jest raczej niewielkim nachyleniem, a kula ciemnej energii toczy się coraz bardziej w dół. „Podczas gdy toczy się w dół, ciemna energia staje się coraz mniejsza”, powiedział Wrase. „Wysokość kuli odpowiada ilości ciemnej energii w naszym wszechświecie”.
W tej teorii ciemna energia może ostatecznie przedostać się poniżej poziomu morza i zacząć przyciągać wszechświat z powrotem do swojej formy sprzed Wielkiego Wybuchu.
Ale jest tylko jeden problem, powiedział Wrase.
„Wykazaliśmy, że takie niestabilne szczyty górskie muszą istnieć” - powiedział. Jest tak, ponieważ wiemy, że istnieje cząstka Higgsa. I eksperymentalnie udowodniliśmy, że cząstki Higgsa mogą istnieć na tych szczytach górskich lub „niestabilnych wszechświatach” i mogą być zakłócane nawet najdelikatniejszym dotykiem, powiedział.
Trudność ze stabilnością wszechświatów
Cumrun Vafa, teoretyk strun z Harvardu i starszy autor artykułu do przypuszczeń z czerwca, powiedział Live Science w e-mailu, że rzeczywiście pierwotna hipoteza ma „trudności z niestabilnymi wszechświatami”. Dodał, że ten nowy artykuł i kilka innych pokazują ten problem. Jest jednak kilka artykułów, w których zaproponowano niewielkie poprawki do przypuszczeń, które nadal byłyby zgodne z ograniczeniami zaproponowanymi przez Wrase'a i jego zespół, powiedział.
Nawet w zrewidowanym przypuszczeniu „nie bylibyśmy w stabilnym wszechświecie, ale raczej rzeczy by się zmieniły” - powiedział Wrase. Wersja mówi, że szczyty górskie mogą istnieć, ale stabilne doliny nie mogą, powiedział. (Wyobraź sobie siodło konia). Dodał, że piłka musi w końcu zacząć się toczyć, a ciemna energia musi się zmieniać w czasie. Ale „jeśli przypuszczenie jest błędne, wówczas ciemna energia mogłaby być stała, siedzielibyśmy w dolinie między dwiema górami”, a wszechświat wciąż się powiększał.
W ciągu 10 do 15 lat ma nadzieję, że satelity, które dokładniej mierzą ekspansję wszechświata, pomogą nam zrozumieć, czy ciemna energia jest stała, czy się zmienia.
Vafa zgodził się. „To ekscytujące czasy w kosmologii i mam nadzieję, że w ciągu najbliższych kilku lat zobaczymy eksperymentalne dowody na zmianę ciemnej energii w naszym wszechświecie” - powiedział.
