Rozprestrie sa vesmír večne alebo sa nakoniec zrúti do malej škvrny?
Dokument publikovaný v júni naznačoval, že nekonečná expanzia je nemožná podľa hlavnej teórie fyziky - domnienky, ktorá spôsobila obrovské vlny vo fyzickej komunite.
„Ľudia sa o tom cítia veľmi emocionálni, pretože ak je to pravda a objavení, bolo by to veľkolepé,“ povedal Timm Wrase, fyzik na Viedenskej technickej univerzite.
Teraz Wrase a jeho kolegovia uverejnili samostatnú štúdiu, ktorá v tomto argumente prepadne obrovskú dieru, čo znamená, že zatiaľ sa nedá vylúčiť neustále sa rozširujúci vesmír.
Temná energia a vesmírna expanzia
Náš vesmír je preniknutý obrovskou, neviditeľnou silou, ktorá sa zdá byť proti gravitácii. Fyzici nazývajú túto silu temnou energiou a predpokladá sa, že neustále tlačí náš vesmír von.
Ale v júni skupina fyzikov uverejnila v predtlačovom časopise arXiv papier, ktorý naznačuje, že temná energia sa časom mení. To znamená, že vesmír sa nebude rozširovať naveky, ale nakoniec sa môže zrútiť do veľkosti, v akej bol pred Veľkým treskom.
Takmer okamžite však fyzici našli problémy s teóriou: Niekoľko nezávislých skupín následne publikovalo články, ktoré navrhli revíziu domnienky. Dokument uverejnený 2. októbra v časopise Physical Review D naznačuje, že za súčasného stavu nemôže byť pôvodná domnienka pravdivá, pretože nemôže vysvetliť existenciu Higgsovho bozónu - ktorý, ako vieme, existuje vďaka Large Hadron Collider, masívny zrážač častíc na hranici medzi Francúzskom a Švajčiarskom.
Napriek tomu, s trochou teoretického vyladenia, dohad kolapsu vesmíru by mohol byť stále životaschopný, povedal Wrase, spoluautor na novom dokumente Physical Review D, pre Live Science.
Ako vysvetlíme všetko, čo kedy existovalo?
Teória strún, niekedy nazývaná teória všetkého, je matematicky elegantný, ale experimentálne nevyskúšaný rámec na zjednotenie Einsteinovej teórie všeobecnej relativity s kvantovou mechanikou. Teória strún naznačuje, že všetky častice, ktoré tvoria vesmír, nie sú v skutočnosti bodkami, ale jednorozmernými reťazcami, ktoré vibrujú - a rozdiely v týchto vibráciách nám umožňujú vidieť jednu časticu ako fotón a druhú ako elektrón.
Aby však bola teória strún uskutočniteľným vysvetlením vesmíru, musí obsahovať temnú energiu.
Predstavte si túto temnú energiu ako guľu v krajine hôr a údolí, ktoré predstavujú množstvo potenciálnej energie, ktorú má, povedal Wrase. Ak guľa stojí na vrchole hory, môže to byť stále, ale môže s najmenšou poruchou spadnúť, takže je nestabilná. Ak lopta sedí v údolí, nemení sa ani sa nepohybuje, má nízku energiu a býva v stabilnom vesmíre, pretože aj silný nátlak by ju prinútil vrátiť sa späť do údolia.
Strunoví teoretici dlho predpokladali, že temná energia je vo vesmíre konštantná a nemení sa. Inými slovami, je to pritiahnuté hore v dolinách medzi horami, nekĺzava sa z vrchov a teda sa časom nemení, uviedla Wrase.
Avšak domnienka z júna naznačuje, že na to, aby fungovala teória strún, krajina nemá žiadne hory ani doliny nad hladinou mora. (V tejto koncepcii náš vesmír stojí nad hladinou mora - čo metaforicky označuje bod, v ktorom temná energia začína buď ťahať vesmír k sebe alebo ho rozdeľovať.)
Krajina je skôr miernym svahom a guľa temnej energie sa neustále valí dole. „Kým sa točí dole, temná energia sa zmenšuje a zmenšuje,“ povedal Wrase. „Výška lopty zodpovedá množstvu temnej energie v našom vesmíre.“
V tejto teórii by sa temná energia mohla nakoniec dostať pod hladinu mora a začať ťahať vesmír späť k svojej forme pred Veľkým treskom.
Ale je tu len jeden problém, povedal Wrase.
„Ukázali sme, že také nestabilné vrcholky hôr musia existovať,“ uviedol. Je to preto, že vieme, že Higgsova častica existuje. Experimentálne sme dokázali, že Higgsove častice môžu existovať na týchto vrcholoch alebo „nestabilných vesmíroch“ a môžu byť narušené najmenším dotykom, uviedol.
Ťažkosti so stabilitou vesmíru
Cumrun Vafa, strunový teoretik na Harvarde a hlavný autor dohadnej knihy z júna, povedal spoločnosti Live Science v e-maile, že pôvodná domnienka má skutočne „problémy s nestabilnými vesmírmi“. Tento nový dokument a niekoľko ďalších ukazuje tento problém. Existuje však niekoľko článkov, ktoré navrhujú mierne úpravy domnienky, ktorá by stále dodržiavala obmedzenia, ktoré Wrase a jeho tím navrhli, uviedol.
Dokonca ani v revidovanej domnienke: „Neboli by sme v stabilnom vesmíre, ale veci by sa zmenili,“ povedal Wrase. Revízia hovorí, že môžu existovať horské vrcholy, ale stabilné doliny nemôžu, povedal. (Predstavte si tvar sedla koňa). Lopta sa musí nakoniec začať hádzať a temná energia sa musí časom meniť, dodal. Ale „ak je domnienka nesprávna, potom by temná energia mohla byť konštantná, sedeli by sme v údolí medzi dvoma horami“ a vesmír by sa naďalej rozširoval.
Do 10 až 15 rokov dúfa, že satelity, ktoré presnejšie merajú expanziu vesmíru, nám môžu pomôcť pochopiť, či temná energia je konštantná alebo sa mení.
Vafa súhlasil. „V kozmológii sú to vzrušujúce časy a dúfajme, že v najbližších rokoch uvidíme experimentálne dôkazy o zmene temnej energie v našom vesmíre,“ uviedol.
