Alates 1920. aastate lõpust on astronoomid teadnud, et Universum on laienemisseisundis. Algselt ennustas Einsteini üldise relatiivsusteooria teooria, see realiseerimine on edasi andnud kõige laialdasemalt aktsepteeritud kosmoloogilise mudeli - Suure Paugu teooria. 1990. aastatel muutusid asjad siiski mõnevõrra segaseks, kui paremad vaatlused näitasid, et Universumi laienemiskiirus on miljardeid aastaid kiirenenud.
See viis pimeda energia teooriani, mis on salapärane nähtamatu jõud, mis juhib kosmose laienemist. Sarnaselt Dark Matterile, mis selgitas „puuduvat massi“, tuli siis leida see tabamatu energia või vähemalt luua selle jaoks ühtne teoreetiline raamistik. Briti Columbia ülikooli (UBC) uue uuringu eesmärk on just see, et Universumi postuleerimine laieneks ruumi ja aja kõikumiste tõttu.
Uuring - mis avaldati hiljuti ajakirjas Füüsiline ülevaade D - juhtis UBC füüsika ja astronoomia osakonna doktorant Qingdi Wang. UBC professor William Unruh (mees, kes pakkus välja Unruhi efekti) juhendamisel ja koos Zhen Zhu (UBC teise doktorandi) abiga pakuvad nad uue näo Dark Energy-st.
Töörühm alustas sellega, et käsitleti vastuolusid, mis tulenevad kahest peamisest teooriast, mis üheskoos selgitavad kõiki universumi loodusnähtusi. Need teooriad pole muud kui üldine relatiivsus ja kvantmehaanika, mis selgitavad tõhusalt, kuidas Universum käitub suurima skaalaga (st tähed, galaktikad, kobarad) ja väikseimaga (subatomaatilised osakesed).
Kahjuks pole need kaks teooriat järjepidevad, kui tegemist on väikese gravitatsioonina tuntud asjaga, mida teadlased kvantmehaanika osas veel selgitada ei suuda. Tume energia olemasolu ja Universumi laienemine on veel üks lahkarvamuste punkt. Alustuseks pakuvad kandidaatide teooriad nagu vaakumenergia - mis on Dark Energy üks populaarsemaid seletusi - tõsiseid ebakõlasid.
Kvantmehaanika järgi oleks vaakumenergial sellega uskumatult suur energiatihedus. Kuid kui see on tõsi, ennustab üldine relatiivsus, et sellel energial oleks uskumatult tugev gravitatsiooniline efekt, mis oleks piisavalt võimas, et põhjustada Universumi plahvatuslikku kasvu. Nagu prof Unruh e-posti teel Space Magazine'iga jagas:
„Probleem on selles, et igasugune naiivne vaakumi energia arvutamine annab tohutud väärtused. Kui eeldada, et on olemas mingi katkestus, siis ei saa energiatihedust palju suuremaks kui Plancki energiatihedus (ehk umbes 1095 Džaulides / meeter³) siis leitakse, et Hubble'i konstant - aja skaala, mille korral Universumi suurus kahekordistub - suurusjärgus 10 on suurusjärk 10-44 sek. Tavaline lähenemisviis on öelda, et miski vähendab seda allapoole, nii et tegelik laienemiskiirus on umbes 10 miljardit aastat. Kuid see "kuidagi" on üsna salapärane ja keegi pole veel ühtlaselt veenvat mehhanismi välja pakkunud. "
Kui teised teadlased on nende ebakõlade lahendamiseks püüdnud muuta üldise relatiivsusteooria ja kvantmehaanika teooriaid, siis Wang ja tema kolleegid otsisid teistsugust lähenemisviisi. Nagu Wang selgitas ajakirjale Space Magazine:
„Varasemad uuringud on kas proovivad kvantmehaanikat mingil moel modifitseerida, et muuta vaakumi energia väikeseks, või üritavad mingil moel muuta üldist relatiivsust, et muuta gravitatsioonitugevus vaakumi energiaks. Kvantmehaanika ja üldine relatiivsus on aga kaks kõige edukamat teooriat, mis selgitab, kuidas meie Universum töötab ... Selle asemel, et proovida kvantmehaanikat või üldist relatiivsussuhet muuta, usume, et kõigepealt peaksime neid paremini mõistma. Võtame kvantmehaanikute ennustatud suurt vaakumi energiatihedust tõsiselt ja laseme neil vaid üldise relatiivsuse järgi gravitatsiooni liikuda, ilma et neid kumbagi modifitseeritaks. ”
Uuringu huvides tegid Wang ja tema kolleegid vaakumi energia jaoks uusi arvutuskomplekte, mis võtsid arvesse selle ennustatud kõrget energiatihedust. Seejärel kaalusid nad võimalust, et väikseima skaala korral - miljardid kordi väiksemad kui elektronid - kosmoseaja kangas on metsikute kõikumiste all, võnkudes igas punktis paisumise ja kokkutõmbumise vahel.
Edasi-tagasi liikudes on nende võnkumiste tulemuseks netomõju, kus Universum paisub aeglaselt, kuid kiirenedes. Pärast arvutuste tegemist märkisid nad, et selline seletus oli kooskõlas nii kvantvaakumi energiatiheduse kui ka üldise relatiivsusega. Lisaks on see kooskõlas ka sellega, mida teadlased on meie universumis jälginud peaaegu sajandit. Nagu Unruh seda kirjeldas:
„Meie arvutused näitasid, et võib järjekindlalt arvestada, et kõige väiksema skaalaga universum laieneb ja kahaneb absurdselt kiiresti; aga et suures plaanis, arvestades nende pisikeste skaalade keskmist, ei paneks füüsika seda kvantvahtu tähele. Sellel on väike järelejäänud efekt, andes efektiivse kosmoloogilise konstandi (tumeda energia tüüpi efekt). Mõnes mõttes on see nagu lained ookeanil, mis liiguvad otsekui ookean oleks täiesti sile, kuid tegelikult me teame, et seal on see uskumatute aatomite tants, mis moodustavad vee ja lained keskmiselt üle kõikumise ja käituvad justkui pind oli sile. ”
Vastupidiselt universumi vastandlikele teooriatele, kus mitmesuguseid seda juhtivaid jõude pole võimalik lahendada ja need peavad üksteist tühistama, esitavad Wang ja tema kolleegid pildi, kus Universum on pidevalt liikumises. Selle stsenaariumi korral vaakumenergia mõjud on iseenesest taanduvad ja põhjustavad ka laienemist ja kiirendamist, mida oleme kogu selle aja täheldanud.
Ehkki seda on võib-olla liiga vara öelda, võib see dünaamilise (isegi kõige väiksema skaalaga) universumi pilt pöördeliselt muuta meie arusaama kosmoseajast. Vähemalt stimuleerivad need teoreetilised leiud kindlasti teadusringkondade sisemist arutelu, aga ka katseid, mille eesmärk on pakkuda otseseid tõendeid. Ja see, nagu me teame, on ainus viis, kuidas saame oma teadmisi sellest universumist tuntud asjast edasi.
