V posledných niekoľkých desaťročiach vedci zistili, že vesmír je oveľa viac, ako sa stretáva s okom: Zdá sa, že vesmír nie je naplnený iba jednou, ale dvoma neviditeľnými zložkami - temnou hmotou a temnou energiou - ktorých existencia bola navrhnutá. založené výlučne na ich gravitačných účinkoch na obyčajnú hmotu a energiu.
Teoretický fyzik Robert J. Scherrer teraz prišiel s modelom, ktorý by mohol záhadu skrátiť na polovicu tým, že vysvetľuje temnú hmotu a temnú energiu ako dva aspekty jedinej neznámej sily. Jeho model je opísaný v dokumente s názvom „Čisto kinetická k esencia ako zjednotená temná hmota“, uverejnenom online spoločnosťou Physical Review Letters 30. júna a dostupným online na adrese http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
„Jedným zo spôsobov, ako si to predstaviť, je, že vesmír je naplnený neviditeľnou tekutinou, ktorá vytvára tlak na bežnú hmotu a mení spôsob, akým sa vesmír rozširuje,“ hovorí Scherrer, profesor fyziky na Vanderbiltovej univerzite.
Podľa Scherrera je jeho model mimoriadne jednoduchý a vyhýba sa hlavným problémom, ktoré charakterizovali predchádzajúce snahy zjednotiť temnú hmotu a temnú energiu.
V 70. rokoch minulého storočia astrofyzici predpokladali existenciu neviditeľných častíc nazývaných temná hmota, aby vysvetlili pohyb galaxií. Na základe týchto pozorovaní odhadujú, že vo vesmíre musí byť asi 10-krát toľko temnej hmoty ako obyčajná hmota. Jedným z možných vysvetlení temnej hmoty je to, že sa skladá z nového typu častice (dabované slabé interakčné masívne častice alebo WIMP), ktoré nevyžarujú svetlo a sotva interagujú s bežnou hmotou. Niekoľko experimentov hľadá dôkazy o týchto časticiach.
Akoby to nestačilo, v 90. rokoch prišla temná energia, ktorá vytvára odpudivú silu, ktorá akoby roztrhla vesmír. Vedci sa odvolávali na temnú energiu, aby vysvetlili prekvapivé zistenie, že rýchlosť, akou sa vesmír rozširuje, sa neznižuje, ako si myslela väčšina kozmológov, ale namiesto toho sa zrýchľuje. Podľa najnovších odhadov tvorí temná energia 75 percent vesmíru a temná hmota predstavuje ďalších 23 percent, pričom obyčajná hmota a energia zostávajú iba 2 percentá v minoritnej úlohe.
Scherrerova zjednocujúca myšlienka je exotická forma energie s dobre definovanými, ale komplikovanými vlastnosťami nazývanými skalárne pole. V tejto súvislosti je pole fyzickou veličinou, ktorá má energiu a tlak, ktorý sa šíri celým priestorom. Kozmológovia sa prvýkrát odvolávali na skalárne polia, aby vysvetlili kozmickú infláciu, krátko po Veľkom tresku, keď sa zdá, že vesmír prešiel epizódou nadmernej expanzie a nafukuje miliardy krát miliárd krát za menej ako sekundu.
Konkrétne Scherrer vo svojom modeli používa skalárne pole druhej generácie, známe ako k-esencia. Polia K-essence boli vyvinuté Paulom Steinhardtom na Princetonskej univerzite a ďalšími ako vysvetlenie temnej energie, ale Scherrer je prvý, ktorý poukázal na to, že jeden jednoduchý typ poľa k-essence môže tiež vyvolať účinky pripisované temnej hmote.
Vedci rozlišujú medzi temnou hmotou a temnou energiou, pretože sa zdajú, že sa správajú inak. Zdá sa, že temná hmota má hmotu a vytvára obrovské zhluky. V skutočnosti kozmológovia počítajú, že gravitačná príťažlivosť týchto zhlukov hrala kľúčovú úlohu pri spôsobovaní toho, že obyčajná hmota tvorila galaxie. Temná energia sa naopak javí ako bez hmoty a šíri sa rovnomerne po celom priestore, kde pôsobí ako druh antigravitácie, odpudivej sily, ktorá rozdeľuje vesmír od seba.
Polia K-essence môžu v priebehu času zmeniť svoje správanie. Pri skúmaní veľmi jednoduchého typu poľa k-essence, v ktorom je potenciálna energia konštantná, Scherrer zistil, že ako sa pole vyvíja, prechádza fázou, v ktorej môže zhlukovať a napodobňovať účinok neviditeľných častíc, po ktorých nasleduje fáza, keď šíri sa rovnomerne v celom priestore a preberá vlastnosti temnej energie.
„Model sa prirodzene vyvíja do stavu, keď na chvíľu vyzerá ako temná hmota a potom vyzerá ako temná energia,“ hovorí Scherrer. „Keď som si to uvedomil, myslel som si:„ Je to presvedčivé, pozrime sa, čo s tým môžeme urobiť. ““
Keď podrobnejšie preskúmal model, Scherrer zistil, že sa vyhýba mnohým problémom, ktoré trápia predchádzajúce teórie, ktoré sa snažia zjednotiť temnú hmotu a temnú energiu.
Najskorší model pre temnú energiu bol vytvorený úpravou všeobecnej teórie relativity tak, aby obsahovala pojem nazývaný kozmologická konštanta. To bol termín, ktorý Einstein pôvodne zahrnul na vyváženie gravitačnej sily, aby vytvoril statický vesmír. Keď astronomické pozorovania dňa zistili, že to nie je potrebné, veselo klesol z konštanty. Posledné modely, ktoré znovu zavádzajú kozmologickú konštantu, robia dobrú prácu pri reprodukcii účinkov temnej energie, ale nevysvetľujú temnú hmotu.
Jeden pokus zjednotiť temnú hmotu a temnú energiu, nazývaný model Chaplyginovho plynu, je založený na práci ruského fyzika v 30. rokoch 20. storočia. Vytvára počiatočné štádium podobné temnej hmote, po ktorom nasleduje evolúcia podobná temnej energii, má však problém vysvetliť proces tvorby galaxií.
Scherrerova formulácia má určité podobnosti so zjednotenou teóriou, ktorú začiatkom tohto roka navrhla Nima Arkani-Hamed na Harvardskej univerzite a jeho kolegovia, ktorí sa pokúšajú vysvetliť temnú hmotu a temnú energiu, ktorá vyplýva z správania neviditeľnej a všadeprítomnej tekutiny, ktorú nazývajú „ duch kondenzátu. “
Aj keď má Scherrerov model niekoľko pozitívnych funkcií, má aj určité nevýhody. Na jednej strane si vyžaduje určité extrémne „doladenie“, aby fungovalo. Fyzik tiež varuje, že bude potrebné ďalšie štúdium, aby sa zistilo, či je správanie modelu v súlade s ostatnými pozorovaniami. Okrem toho nemôže odpovedať na problém náhody: Prečo žijeme v jedinom čase v dejinách vesmíru, keď sú hustoty vypočítané pre temnú hmotu a temnú energiu porovnateľné. Vedci to podozrievajú, pretože to naznačuje, že v súčasnej dobe je niečo zvláštne.
Pôvodný zdroj: Vanderbilt University News Release
