Miks laieneb universum kiireneval kiirusel, levitades oma sisu kosmose üha suurematele mõõtmetele? Selle mõistatuse originaalse lahenduse, mis on kindlasti moodsa kosmoloogia kõige põnevam küsimus, esitas neli teoreetilist füüsikut, Edward W. Kolb USA Energeetikaosakonna Fermi Riikliku Kiirendilaborist, Chicago (USA): Sabino Matarrese University of University Padova; Alessio Notari Montreali ülikoolist (Kanada); ja Antonio Riotto INFNist (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) Padovast (Itaalia). Nende uuring esitati eile ajakirjale Physical Review Letters.
Viimase saja aasta jooksul on universumi laienemine olnud kirgliku arutelu objekt, hõlmates sajandi kõige säravamaid meeli. Nagu tema kaasaegsed, arvas Albert Einstein algul, et universum on staatiline: see ei laiene ega kahane. Kui tema enda üldise relatiivsusteooria teooria näitas selgelt, et universum peaks laienema või kokku tõmbuma, otsustas Einstein lisada oma teooriasse uue koostisosa. Tema “kosmoloogiline konstant” esindas tühja ruumi massitihedust, mis ajendas universumit üha suureneva kiirusega laienema.
Kui 1929. aastal tõestas Edwin Hubble, et universum tegelikult laieneb, lükkas Einstein ümber oma kosmoloogilise konstandi, nimetades seda “minu elu suurimaks veaks”. Siis, peaaegu sajand hiljem, elustasid füüsikud kosmoloogilise konstandi variatsioonis, mida nimetatakse tumedaks energiaks. 1998. aastal näitasid väga kaugete supernoovade vaatlused, et universum laieneb kiireneva kiirusega. See kiirenev laienemine näis olevat seletatav ainult universumi uue komponendi, „tumeda energia” olemasoluga, mis moodustab umbes 70 protsenti universumi kogumassist. Ülejäänutest umbes 25 protsenti näib olevat teise salapärase komponendi, tumeaine, kujul; kui tavalist ainet moodustab ainult umbes 5 protsenti, siis need kvargid, prootonid, neutronid ja elektronid, millest meie ja galaktikad oleme koosnenud.
"Tume energia hüpotees on äärmiselt põnev," selgitab Padova Antonio Riotto, "kuid teisalt kujutab see endast tõsist probleemi. Ükski teoreetiline mudel, isegi mitte kõige moodsam, näiteks supersümmeetria või keelte teooria, ei suuda selgitada selle salapärase tumeda energia olemasolu selles koguses, mida meie vaatlused vajavad. Kui tume energia oleks selline suurus, mida teooriad ennustavad, oleks universum laienenud nii fantastilise kiirusega, et see oleks takistanud kõige olemasolu, mida me oma kosmoses teame. "
Vajalikku hulka tumedat energiat on nii raske ühitada teadaolevate loodusseadustega, et füüsikud on pakkunud välja igasuguseid eksootilisi seletusi, sealhulgas uusi jõude, kosmoseaja uusi mõõtmeid ja uusi ülikergseid osakesi. Uues aruandes ei pakuta universumile siiski ühtegi uut koostisosa, vaid mõistmist, et universumi praegune kiirendus on varajase universumi standardse kosmoloogilise mudeli: inflatsiooni tagajärg.
"Meie lahendus kiireneva universumi tekitatud paradoksile," räägib Riotto, "tugineb 1981. aastal sündinud nn inflatsiooniteooriale. Selle teooria kohaselt koges universum vaid väikest sekundi murdosa jooksul pärast Suurt Pauku. uskumatult kiire laienemine. See seletab, miks meie universum näib olevat väga homogeenne. Hiljuti kinnitasid inflatsiooniteooriat Boomerangi ja WMAP-i katsed, millega mõõdeti Suurest Paugust põhjustatud taustkiirguse väikseid kõikumisi.
Üldiselt arvatakse, et universumi ajaloo varajases inflatsioonilises laienemises tekkisid kosmoseaegade ajal väga pisikesed laiskumised, nagu ennustas Einsteini üldise relatiivsusteooria teooria. Neid laineid venitas universumi laienemine ja ulatub täna kaugele meie kosmilisest silmapiirist, see on vaadeldavast universumist palju suurema piirkonna kohal, umbes 15 miljardi valgusaasta kaugusel. Autorid väidavad oma praeguses töös, et just nende kosmiliste lainetuste evolutsioon suurendab vaadeldava universumi laienemist ja selle kiirenemist.
"Mõistsime, et peate lihtsalt lisama Einsteini üldisele relatiivsusele selle uue võtmekoostisosa, inflatsiooniperioodil tekkiva kosmoseaja lainetuse, et selgitada, miks universum tänapäeval kiireneb," räägib Riotto. “Näib, et kiirendusmõistatuse lahendus hõlmab universumit, mis asub väljaspool meie kosmilist silmapiiri. Salapärast tumedat energiat pole vaja. ”
Fermilabi Kolb nimetas autorite ettepanekut kiireneva universumi kõige konservatiivsemaks seletuseks. "See nõuab ainult meie kosmilisest horisondist kaugemale jäävate lainete füüsilise mõju nõuetekohast arvestamist," ütles ta.
Eelseisvate katsete andmed võimaldavad kosmoloogidel ettepanekut testida. "Seda, kas Einsteinil oli õigus kosmoloogilise konstandi esmakordsel tutvustamisel või oli tal õigus, kui ta hiljem idee ümber lükkas, katsetatakse peagi uue täppiskosmoloogiliste vaatluste vooru abil," ütles Kolb. "Uued andmed võimaldavad meil varsti eristada oma seletusi universumi kiirenenud laienemise ja tumeda energia lahenduse vahel."
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), Itaalia riiklik tuumafüüsika instituut, toetab, koordineerib ja viib läbi tuumatehnoloogia alaseid tuuma- ja tuumaosade füüsikalisi teadusi ning tegeleb asjakohaste tehnoloogiate väljatöötamisega.
Fermilabit Bavarias (Illinois, USA) haldab Universities Research Association, Inc. Energeetikaosakonna teadusbüroos, mis rahastab osakeste füüsika ja kosmoloogia alaseid teadusuuringuid.
Algne allikas: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
