Per pastaruosius kelis dešimtmečius mokslininkai išsiaiškino, kad visatoje yra daug daugiau nei akis sutinkama: Atrodo, kad kosmosas alsuoja ne viena, o dviem nematomomis sudedamosiomis dalimis - tamsiąja medžiaga ir tamsiąja energija, kurių egzistavimas buvo pasiūlytas. remiantis vien jų gravitaciniu poveikiu įprastoms medžiagoms ir energijai.
Dabar teorinis fizikas Robertas J. Scherreris sugalvojo modelį, kuris paslaptį galėtų perpjauti per pusę paaiškindamas tamsiąją medžiagą ir tamsiąją energiją kaip du vienos nežinomos jėgos aspektus. Jo modelis aprašytas straipsnyje „Grynai kinetinė esmė kaip vieninga tamsi medžiaga“, paskelbtame internete „Physical Review Letters“ birželio 30 d. Ir pasiekiamą internete adresu http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
„Vienas iš būdų tai galvoti yra tai, kad visata yra užpildyta nematomu skysčiu, kuris daro spaudimą įprastai materijai ir keičia visatos plėtimosi būdą“, - sako Scherreris, Vanderbilto universiteto fizikos profesorius.
Anot Scherrerio, jo modelis yra nepaprastai paprastas ir išvengiama pagrindinių problemų, apibūdinančių ankstesnes pastangas suvienodinti tamsiąją medžiagą ir tamsiąją energiją.
Aštuntajame dešimtmetyje astrofizikai postuliavo nematomų dalelių, vadinamų tamsiąja materija, egzistavimą, kad paaiškintų galaktikų judėjimą. Remdamiesi šiais stebėjimais, jie apskaičiavo, kad visatoje turi būti apie 10 kartų daugiau tamsiosios medžiagos nei įprastoje materijoje. Vienas iš galimų tamsiosios medžiagos paaiškinimų yra tas, kad ją sudaro naujo tipo dalelės (pramintos silpnai sąveikaujančiomis masinėmis dalelėmis arba WIMP), kurios neišspinduliuoja šviesos ir vos nesąveikauja su įprasta medžiaga. Daugybė eksperimentų ieškojo šių dalelių įrodymų.
Tarsi to nepakaktų, devintajame dešimtmetyje kartu atsirado tamsi energija, kuri sukuria atstumiančią jėgą, kuri, atrodo, ardo visatą. Mokslininkai rėmėsi tamsiąja energija, norėdami paaiškinti netikėtą atradimą, kad visatos plėtimosi tempas nesumažėja, kaip manė dauguma kosmologų, o greičiau spartėja. Remiantis naujausiais skaičiavimais, tamsi energija sudaro 75 procentus visatos, o tamsiosios materijos dalis sudaro dar 23 procentus, o paprastosios materijos ir energijos vaidmuo yra aiškiai mažas - tik 2 procentai.
Vieninga Scherrerio idėja yra egzotiška energijos forma, turinti aiškiai apibrėžtas, bet sudėtingas savybes, vadinamą skaliariniu lauku. Šiame kontekste laukas yra fizinis kiekis, turintis energiją ir slėgį, pasiskirstęs visoje erdvėje. Kosmologai pirmiausia iškvietė skaliarinius laukus, kad paaiškintų kosminę infliaciją, praėjus šiek tiek laiko po Didžiojo sprogimo, kai visata, atrodo, patyrė hiperpansijos epizodą, pripūtdama milijardus milijardų kartų per mažiau nei sekundę.
Tiksliau, Scherreris savo modelyje naudoja antros kartos skaliarinį lauką, vadinamą k esencija. K-esmės laukus kaip tamsiosios energijos paaiškinimą išplėtojo Paulius Steinhardtas Prinstono universitete ir kiti, tačiau Scherreris pirmasis pabrėžia, kad vienas paprastas k-esmės lauko tipas taip pat gali sukelti tamsiosios medžiagos priskiriamus efektus.
Mokslininkai išskiria tamsiąją medžiagą ir tamsiąją energiją, nes atrodo, kad jie elgiasi skirtingai. Atrodo, kad tamsiosios medžiagos masė yra lygi ir gali sudaryti milžiniškus gumulėlius. Tiesą sakant, kosmologai apskaičiavo, kad šių gumulų gravitacinis patrauklumas suvaidino pagrindinį vaidmenį sukeliant paprastąją medžiagą galaktikoms. Tamsi energija, atvirkščiai, atrodo be masės ir tolygiai plinta visoje erdvėje, kur ji veikia kaip savotiška antigravitacija, atstumianti jėga, atitraukianti visatą.
K-esmės laukai bėgant laikui gali pakeisti jų elgesį. Tirdamas labai paprastą k-esybės lauko tipą, kuriame potenciali energija yra pastovi, Scherreris atrado, kad laukui vystantis jis praeina per fazę, kurioje gali sulipti ir imituoti nematomų dalelių, po kurių eina fazė, efektą. jis tolygiai plinta visoje erdvėje ir įgauna tamsiosios energijos savybes.
„Modelis natūraliai išsivysto į tokią būseną, kur kurį laiką jis atrodo kaip tamsi materija, o paskui atrodo kaip tamsi energija“, - sako Scherreris. „Kai tai supratau, pagalvojau:„ Tai įtikėtina, pažiūrėkime, ką galime su tuo padaryti. “
Išnagrinėjęs modelį išsamiau, Scherreris nustatė, kad juo išvengiama daugelio problemų, kurios kamuoja ankstesnes teorijas, bandančias suvienodinti tamsiąją medžiagą ir tamsiąją energiją.
Ankstyviausias tamsiosios energijos modelis buvo padarytas modifikuojant bendrąją reliatyvumo teoriją, įtraukiant terminą, vadinamą kosmologine konstanta. Tai buvo terminas, kurį Einšteinas iš pradžių įtraukė norėdamas subalansuoti gravitacijos jėgą, kad suformuotų statinę visatą. Bet jis linksmai nuleido konstantą, kai astronominiai dienos stebėjimai parodė, kad to nereikia. Naujausi modeliai, iš naujo parodantys kosmologinę konstantą, daro gerą darbą atkuriant tamsiosios energijos poveikį, tačiau nepaaiškina tamsiosios materijos.
Vienas bandymas suvienodinti tamsiąją medžiagą ir tamsiąją energiją, vadinamas Chaplygino dujų modeliu, remiasi Rusijos fiziko darbu šeštajame dešimtmetyje. Ji sukuria pradinę tamsiosios medžiagos tipo stadiją, po kurios eina tamsios energijos, panašios į evoliuciją, tačiau jai sunku paaiškinti galaktikų formavimosi procesą.
Scherrerio formuluotė turi tam tikrų panašumų su vieninga teorija, kurią šiais metais pasiūlė Nima Arkani-Hamed Harvardo universitete ir jo kolegos, kurie bando paaiškinti tamsiąją medžiagą ir tamsiąją energiją, kylančią iš nematomo ir visur esančio skysčio, kurį jie vadina „elgesiu“, elgesio. kondensatas vaiduoklyje. “
Nors Scherrerio modelis turi nemažai teigiamų bruožų, jis taip pat turi tam tikrų trūkumų. Viena vertus, tam reikalingas ypatingas „sureguliavimas“. Fizikas taip pat perspėja, kad norint išsiaiškinti, ar modelio elgesys atitinka kitus pastebėjimus, reikės atlikti daugiau tyrimų. Be to, ji negali atsakyti į sutapimo problemą: Kodėl mes gyvename vienintelį kartą Visatos istorijoje, kai tamsiosios medžiagos ir tamsiosios energijos apskaičiuoti tankiai yra palyginami. Mokslininkai įtaria tai, nes tai leidžia manyti, kad dabartinė era yra kažkas ypatingo.
Originalus šaltinis: Vanderbilto universiteto pranešimas spaudai
