Kas universum laieneb igaveseks või kukub lõpuks pisikeseks täpiks?
Juunis avaldatud paberi kohaselt oli lõpmatu laienemine suure füüsika teooria kohaselt võimatu - oletused, mis tekitasid füüsikakogukonnas tohutuid laineid.
"Inimesed suhtuvad sellesse väga, omamoodi ja emotsionaalselt, sest kui see on tõsi ja see avastatakse, oleks see suurejooneline," ütles Viini tehnikaülikooli füüsik Timm Wrase.
Nüüd on Wrase ja ta kolleegid avaldanud eraldi uuringu, mis tekitab selles argumendis tohutu augu, mis tähendab, et pidevalt laienevat universumit ei saa veel välistada.
Tume energia ja kosmiline laienemine
Meie universumit tungib tohutu, nähtamatu jõud, mis näib olevat gravitatsiooni vastu. Füüsikud nimetavad seda jõudu tumedaks energiaks ja arvatakse, et see surub meie universumit pidevalt väljapoole.
Kuid juunis avaldas grupp füüsikuid eeltrükiajakirjas arXiv paberi, mis vihjas, et tume energia muutub aja jooksul. See tähendab, et universum ei laiene igavesti, vaid võib lõpuks kukkuda suuruseks, mis ta oli enne Suurt Pauku.
Peaaegu kohe leidsid füüsikud siiski selle teooriaga probleeme: mitmed sõltumatud rühmad avaldasid hiljem artikleid, milles soovitati oletusi muuta. Nüüd soovitab 2. oktoobril ajakirjas Physical Review D avaldatud artikkel, et praegusel kujul ei saa algsed oletused olla tõesed, kuna see ei suuda selgitada Higgsi bosoni olemasolu - mis meie teada on olemas tänu suur hadronite põrkumismasin, massiline osakeste põrutaja Prantsusmaa ja Šveitsi piiril.
Pisut teoreetilise täpsustamisega võiks kokkuvariseva universumi oletus siiski siiski elujõuline olla, rääkis uue väljaande Physical Review D kaasautor Wrase Live Scienceile.
Kuidas seletada kõike, mis kunagi eksisteeris?
Keelteooria, mida mõnikord nimetatakse kõige teooriaks, on matemaatiliselt elegantne, kuid eksperimentaalselt tõestamata raamistik Einsteini üldrelatiivsusteooria ühendamiseks kvantmehaanikaga. Stringteooria viitab sellele, et kõik universumi moodustavad osakesed ei ole tegelikult punktid, vaid vibreerivad ühemõõtmelisi stringe - ja nende vibratsioonide erinevused võimaldavad meil näha ühte osakest footonina ja teist elektronina.
Selleks, et keelte teooria oleks universumi jaoks mõistlik selgitus, peab see sisaldama tumedat energiat.
Kujutage seda tumedat energiat kuulina mägede ja orgude maastikul, mis tähistavad potentsiaalse energia hulka, ütles Wrase. Kui pall seisab mäe otsas, võib see jääda, kuid see võib väikseima häiringuga alla veereda, seega on see ebastabiilne. Kui pall istub orus, siis see ei muutu ega liigu, sellel on vähe energiat ja see asub stabiilses universumis, sest isegi tugeva tõuke korral veereks see orgu tagasi.
Keelpilliteoreetikud eeldasid pikka aega, et tume energia on universumis püsiv ja muutumatu. Teisisõnu, see on snuggled üles mägede vahelistes orgudes, ei veereta mäetippudest ja ei muutu seega aja jooksul, Wrase ütles.
Kuid juunis avaldatud oletused viitavad sellele, et keelteteooria toimimiseks pole maastikul merepinnast kõrgemal mägesid ega orge. (Selles kontseptsioonis seisab meie universum merepinnast kõrgemal - see tähistab metafooriliselt punkti, kus tume energia hakkab kas universumit kokku tõmbama või universumit lahutama.)
Pigem on maastik kerge kaldega ja tumeda energia pall veereb aina allapoole. "Allapoole veeredes muutub tume energia väiksemaks ja väiksemaks," sõnas Wrase. "Kuuli kõrgus vastab tumeda energia hulgale meie universumis."
Selles teoorias võib tume energia lõpuks jõuda madalamale merepinnast ja hakata universumit kokku tõmbama Big-Bang'i-eelsele kujule.
Kuid siin on ainult üks probleem, ütles Wrase.
"Oleme näidanud, et sellised ebastabiilsed mäetipud peavad olemas olema," ütles ta. Seda seetõttu, et me teame, et Higgsi osake on olemas. Ja me oleme eksperimentaalselt tõestanud, et Higgsi osakesed võivad eksisteerida nendel mäetippudel või "ebastabiilsetes universumites" ja neid saab vähimagi puudutusega häirida, ütles ta.
Raskused universumite stabiilsusega
Cumrun Vafa, Harvardi keelpilliteoreetik ja juunis ilmunud oletuste paberi vanem autor, ütles Live Scienceile e-kirjas, et tõepoolest on algsel oletusel "ebastabiilsete universumitega raskusi". Ta lisas, et see uus artikkel ja veel mõned dokumendid näitavad seda probleemi. Kuid on mitmeid dokumente, milles pakutakse välja oletuste kergeid parandusi, mis siiski järgiksid fraasi ja tema meeskonna pakutud piiranguid, ütles ta.
Isegi parandatud oletuses "poleks me stabiilses universumis, vaid pigem muutuksid asjad," sõnas Wrase. Revisjon ütleb, et mäetipud võivad olemas olla, kuid stabiilsed orud seda ei saa, ütles ta. (Kujutage ette hobuse sadula kuju). Pall peab lõpuks veerema hakkama ja tume energia peab aja jooksul muutuma, lisas ta. Kuid "kui oletused on valed, siis võiks tume energia olla konstantne, me istuksime orus kahe mäe vahel" ja universum laieneks pidevalt.
10–15 aasta jooksul loodab ta, et satelliidid, mis mõõdavad täpsemalt universumi paisumist, aitavad meil mõista, kas tume energia on püsiv või muutuv või mitte.
Vafa nõustus. "Need on kosmoloogias põnevad ajad ja loodetavasti näeme lähiaastatel eksperimentaalseid tõendeid tumeda energia muutumise kohta meie universumis," sõnas ta.
