Viimastel aastakümnetel on teadlased avastanud, et universumis on palju enamat kui silmaga silmitsi seisvat: Kosmos näib olevat täidetud mitte ühe, vaid kahe nähtamatu koostisosaga - tumeda aine ja tumeda energiaga -, mille olemasolu kohta on välja pakutud põhineb ainult nende gravitatsioonilisel mõjul tavalisele ainele ja energiale.
Nüüd on teoreetiline füüsik Robert J. Scherrer välja pakkunud mudeli, mis võiks mõistatuse pooleks lõigata, selgitades tumedat ainet ja tumedat energiat ühe tundmatu jõu kahe aspektina. Tema mudelit on kirjeldatud artiklis "Purely Kinetic k Essence as Unified Dark Matter", mis avaldati veebis ajakirja Physical Review Letters poolt 30. juunil ja on kättesaadav veebis aadressil http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
"Üks viis sellest mõelda on see, et universum on täidetud nähtamatu vedelikuga, mis avaldab survet tavalisele ainele ja muudab seda, kuidas universum paisub," ütleb Vanderbilti ülikooli füüsikaprofessor Scherrer.
Scherreri sõnul on tema mudel äärmiselt lihtne ja väldib suuri probleeme, mis on iseloomustanud varasemaid püüdlusi tumeaine ja tumeda energia ühendamiseks.
1970. aastatel postuleerisid astrofüüsikud galaktikate liikumise selgitamiseks nähtamatute osakeste olemasolu, mida nimetatakse tumeaineks. Nende tähelepanekute põhjal peavad nad universumis olema umbes 10 korda rohkem tumedat ainet kui tavaline. Tumeda aine üks võimalik seletus on see, et see koosneb uut tüüpi osakestest (nimetatud nõrgalt interakteeruvateks massiivseteks osakesteks ehk WIMP-deks), mis ei kiirga valgust ja on vaevalt tavamõjuga ühenduses. Nende osakeste kohta tõendusmaterjali otsitakse paljude katsetega.
Justkui sellest poleks piisavalt, tuli 1990ndatel kaasa tume energia, mis tekitab tõrjuvat jõudu, mis näib universumit laiali rebimas. Teadlased kutsusid tumedat energiat selgitama üllatus avastust, et universumi paisumise kiirus ei aeglustu, nagu enamik kosmoloogidest arvas, vaid hoopis kiirendab. Viimaste hinnangute kohaselt moodustab tume energia 75 protsenti universumist ja tume aine moodustab veel 23 protsenti, jättes tavalise mateeria ja energia selgelt eristuva rolli - vaid 2 protsenti.
Scherreri ühendav idee on täpselt määratletud, kuid keeruliste omadustega energia eksootiline vorm, mida nimetatakse skalaarväljaks. Selles kontekstis on väli füüsiline kogus, milles on energiat ja survet, mis on kogu kosmoses laiali. Kosmoloogid kutsusid kosmilise inflatsiooni selgitamiseks esmalt skalaarvälju - seda vahetult pärast suurt pauku, kui universum näib olevat teinud läbi hüperpaisumise episoodi, kuulates miljardeid miljardi korda vähem kui sekundiga.
Täpsemalt, Scherrer kasutab oma mudelis teise põlvkonna skalaarvälja, mida tuntakse k-essentsina. K-essentsiväljad on Princetoni ülikoolist ja teisedki tumeda energia selgitamiseks välja töötanud Paul Steinhardt ja teised, kuid Scherrer osutab esimesena, et üks lihtne k-essentsivälja tüüp võib anda ka tumeainele omistatud efekte.
Teadlased eristavad tumedat ainet ja tumedat energiat, kuna näib, et nad käituvad erinevalt. Tumedatel ainetel on mass ja need moodustavad hiiglaslikke tükke. Tegelikult arvutavad kosmoloogid, et nende klompide gravitatsiooniline atraktsioon mängis võtmerolli tavalise aine galaktikate moodustamisel. Tume energia seevastu näib olevat massita ja levib ühtlaselt kogu kosmoses, kus see toimib omamoodi antigravitatsioonina, tõrjuvalt jõuna, mis surub universumi lahku.
K-essentsi väljad võivad aja jooksul nende käitumist muuta. Uurides väga lihtsat tüüpi k-essentsivälja - kus potentsiaalne energia on konstantne - avastas Scherrer, et välja arenedes läbib see faasi, kus see võib kokku kukkuda ja jäljendada nähtamatute osakeste mõju, millele järgneb faas, mil see levib ühtlaselt kogu ruumis ja võtab tumeda energia omadused.
"Mudel areneb loomulikult olekusse, kus see näib mõnda aega tumeaine ja siis näeb see välja nagu tume energia," ütleb Scherrer. "Kui ma sellest aru sain, mõtlesin:" See on kaalukas, vaatame, mida me sellega teha saame. ""
Mudelit üksikasjalikumalt uurides leidis Scherrer, et see väldib paljusid probleeme, mis on vaevanud varasemaid teooriaid, mis üritavad tumedat ainet ja tumedat energiat ühendada.
Varaseim tumeenergia mudel valmistati, modifitseerides üldist relatiivsusteooriat nii, et see hõlmaks terminit, mida nimetatakse kosmoloogiliseks konstandiks. See oli Einsteini algselt lisatud termin gravitatsioonijõu tasakaalustamiseks staatilise universumi moodustamiseks. Kuid ta laskis rõõmsalt konstandi, kui päeva astronoomilised vaatlused leidsid, et seda pole vaja. Värsked kosmoloogilist konstanti taastavad mudelid teevad tumeda energia mõju taastootmiseks head tööd, kuid ei selgita tumedat ainet.
Üks tumeda aine ja tumeda energia ühendamise katse, mida nimetatakse Chaplygini gaasimudeliks, põhineb Vene füüsiku tööl 1930ndatel. See tekitab esialgse tumeaine taolise etapi, millele järgneb tumeda energia sarnane evolutsioon, kuid galaktikate moodustumise protsessi on tal keeruline selgitada.
Scherreri sõnastusel on mõned sarnasused ühtse teooriaga, mille tänavu pakkusid välja Harvardi ülikoolis tegutsev Nima Arkani-Hamed ja tema kolleegid, kes üritavad selgitada tumedat ainet ja tumedat energiat tulenevalt nähtamatu ja kõikjaloleva vedeliku käitumisest, mida nad nimetavad “ kummituskondensaat. ”
Kuigi Scherreri mudelil on mitmeid positiivseid omadusi, on sellel ka teatud puudusi. Esiteks nõuab see toimimiseks mingit äärmist “täpsustamist”. Samuti hoiatab füüsik, et on vaja rohkem uuringuid, et teha kindlaks, kas mudeli käitumine on kooskõlas muude tähelepanekutega. Lisaks ei saa see vastata juhuslikkuse probleemile: Miks me elame universumi ajaloos ainult siis, kui tumeda aine ja tumeda energia arvutatud tihedused on võrreldavad. Teadlased kahtlevad selles, kuna see viitab sellele, et praegusel ajastul on midagi erilist.
Algne allikas: Vanderbilti ülikooli pressiteade
