Nuo 1920 m. Pabaigos astronomai žinojo, kad Visata yra išsiplėtimo būsenoje. Iš pradžių numatė Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija, šis supratimas vyko informuojant apie plačiausiai pripažintą kosmologinį modelį - Didžiojo sprogimo teoriją. Dešimtajame dešimtmetyje, kai pagerėję stebėjimai parodė, kad Visatos plėtimosi tempai milijardus metų spartėjo, viskas šiek tiek painiojasi.
Tai paskatino tamsiosios energijos, paslaptingos nematomos jėgos, skatinančios kosmoso plėtimąsi, teoriją. Panašiai kaip „Dark Matter“, kuris paaiškino „trūkstamą masę“, vėliau reikėjo surasti šią neįveikiamą energiją arba bent jau pateikti nuoseklią teorinę jos struktūrą. Nauju Britanijos Kolumbijos universiteto (UBC) tyrimu siekiama padaryti tik tai, kad postuluojant Visata plečiasi dėl erdvės ir laiko svyravimų.
Tyrimas - neseniai paskelbtas žurnale Fizinė apžvalga D - vadovavo UBC Fizikos ir astronomijos katedros doktorantas Qingdi Wang. Prižiūrimi UBC profesoriaus Williamo Unruho (žmogaus, kuris pasiūlė Unruh efektą) ir padedami Zhen Zhu (kitas UBC doktorantas), jie pristato naują „Dark Energy“ pavyzdį.
Komanda pirmiausia atkreipė dėmesį į neatitikimus, kylančius iš dviejų pagrindinių teorijų, kurios kartu paaiškina visus gamtos Visatos reiškinius. Šios teorijos yra ne kas kitas, o bendrasis reliatyvumas ir kvantinė mechanika, kurios veiksmingai paaiškina, kaip Visata elgiasi didžiausių skalių (t. Y. Žvaigždžių, galaktikų, klasterių) ir mažiausių (subatominių dalelių) atžvilgiu.
Deja, šios dvi teorijos nėra nuoseklios, kai kalbama apie nedidelę medžiagą, vadinamą gravitacija, kurios mokslininkai vis dar nesugeba paaiškinti kvantinės mechanikos prasme. Tamsiosios energijos egzistavimas ir Visatos plėtimasis yra dar vienas nesutarimo taškas. Pradedantiesiems kandidatų teorijos, kaip vakuuminė energija, kuri yra vienas populiariausių „Tamsiosios energijos“ paaiškinimų, kelia rimtų nenuoseklumų.
Remiantis kvantine mechanika, vakuuminė energija jai turėtų nepaprastai didelį energijos tankį. Bet jei tai tiesa, tada bendras reliatyvumas prognozuoja, kad ši energija turės neįtikėtinai stiprų gravitacinį efektą, kuris bus pakankamai galingas, kad Visata galėtų sprogti tokio dydžio. Kaip prof. Unruhas pasidalijo su „Space Magazine“ el. Paštu:
„Problema ta, kad bet koks naivus vakuuminės energijos apskaičiavimas suteikia didžiules vertes. Jei daroma prielaida, kad yra koks nors atjungimo būdas, energijos tankis negali būti didesnis nei Plancko energijos tankis (arba apie 10).95 Džauliais / metro³) tada nustatoma, kad Hablo konstanta - laiko skalė, kurios metu Visata maždaug dvigubai padidėja - yra maždaug 10-44 sek. Taigi, įprastas požiūris yra pasakyti, kad kažkaip tai sumažina žemyn, kad būtų pasiektas realus maždaug 10 milijardų metų plėtros tempas. Bet tas „kažkaip“ yra gana paslaptingas ir niekas nesugalvojo net pusiau įtikinamo mechanizmo “.
Nors kiti mokslininkai siekė pakeisti bendrojo reliatyvumo ir kvantinės mechanikos teorijas, kad išspręstų šiuos neatitikimus, Wangas ir jo kolegos ieškojo kitokio požiūrio. Kaip Wang paaiškino „Space Magazine“ el. Paštu:
„Ankstesni tyrimai bando tam tikru būdu pakeisti kvantinę mechaniką, kad vakuumo energija būtų maža, arba bando tam tikru būdu pakeisti bendrąjį reliatyvumą, kad gravitacija būtų nutirpusi dėl vakuuminės energijos. Tačiau kvantinė mechanika ir bendrasis reliatyvumas yra dvi sėkmingiausios teorijos, paaiškinančios, kaip veikia mūsų visata ... Užuot bandę modifikuoti kvantinę mechaniką arba bendrąjį reliatyvumą, mes manome, kad pirmiausia turėtume jas geriau suprasti. Mes rimtai žiūrime į didelį vakuuminės energijos tankį, numatytą kvantinės mechanikos, ir leiskime jiems pasislinkti pagal bendrąjį reliatyvumą, nekeisdami nė vieno iš jų. “
Tyrimo tikslais Wang ir jo kolegos atliko naujus vakuuminės energijos skaičiavimų rinkinius, kuriuose buvo atsižvelgiama į numatomą aukštą energijos tankį. Tada jie svarstė galimybę, kad mažiausių skalių - milijardus kartų mažesnių už elektronus - erdvėlaikio audinys patiria laukinius svyravimus, svyruojančius kiekviename taške tarp išsiplėtimo ir susitraukimo.
Kintant pirmyn ir atgal, šių virpesių rezultatas yra grynasis efektas, kai Visata plečiasi lėtai, bet spartėjančiu greičiu. Atlikę skaičiavimus, jie pažymėjo, kad toks paaiškinimas atitinka tiek kvantinio vakuumo energijos tankio egzistavimą, tiek bendrąjį reliatyvumą. Be to, tai taip pat atitinka tai, ką mokslininkai stebėjo mūsų Visatoje beveik šimtmetį. Kaip aprašė Unruhas:
„Mūsų skaičiavimai parodė, kad galima nuosekliai atsižvelgti į tai, kad„ Visata “ant mažiausių svarstyklių iš tikrųjų plečiasi ir mažėja absurdiškai sparčiai; bet kad plačiu mastu, atsižvelgiant į tų mažų svarstyklių vidurkį, fizikai nepastebės to „kvantinio putplasčio“. Jis turi mažą išliekamąjį efektą, suteikdamas veiksmingą kosmologinę konstantą (tamsiosios energijos tipo efektas). Tam tikra prasme tai yra tarsi bangos vandenyne, kurios sklinda taip, lyg vandenynas būtų visiškai lygus, bet iš tikrųjų mes žinome, kad yra šis neįtikėtinas atomų, sudarančių vandenį, šokis, o bangos vidutiniškai viršija tuos svyravimus ir veikia taip, tarsi paviršius buvo lygus. “
Priešingai nei prieštaringos Visatos teorijos, kai neįmanoma išspręsti įvairių ją valdančių jėgų ir jos privalo viena kitą panaikinti, Wangas ir jo kolegos pateikia vaizdą, kuriame Visata nuolat juda. Šiame scenarijuje vakuuminės energijos poveikis iš tikrųjų savaime atsistato ir taip pat sukelia plėtrą ir pagreitį, kurį mes stebėjome visą šį laiką.
Nors dar per anksti pasakyti, šis labai dinamiškos Visatos vaizdas (net ir pačiomis mažiausiomis skalėmis) galėtų pakeisti mūsų supratimą apie erdvėlaikį. Bent jau šie teoriniai atradimai tikrai skatina diskusijas mokslo bendruomenėje ir eksperimentus, skirtus pateikti tiesioginius įrodymus. Ir tai, kaip žinome, yra vienintelis būdas pagerinti mūsų supratimą apie šį dalyką, žinomą kaip Visata.
