Az elmúlt néhány évtizedben a tudósok felfedezték, hogy a világegyetemnek sokkal több van, mint ami szemmel néz ki: Úgy tűnik, hogy a kozmosz nem csak egy, hanem két láthatatlan alkotóelemtel - sötét anyaggal és sötét energiával - tele van, amelyek létezését javasolták kizárólag a rendes anyagokra és az energiára gyakorolt gravitációs hatásaik alapján.
Robert J. Scherrer elméleti fizikus most olyan modellt dolgozott ki, amely felére vághatja a rejtélyt azáltal, hogy a sötét anyagot és a sötét energiát egyetlen ismeretlen erő két aspektusával magyarázza. Modelljét a „Purely Kinetic k Essence as Unified Dark Matter” című cikk írja le, amelyet a Physical Review Letters június 30-án online közzétett, és elérhető a következő címen: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
"Ennek egyik módja az, hogy az univerzum láthatatlan folyadékkal van tele, amely nyomást gyakorol a rendes anyagra és megváltoztatja az univerzum tágulásának módját" - mondja Scherrer, a Vanderbilti Egyetem fizika professzora.
Scherrer szerint modellje rendkívül egyszerű és elkerüli azokat a főbb problémákat, amelyek a sötét anyag és a sötét energia egyesítésére tett korábbi erőfeszítéseket jellemezték.
Az 1970-es években az asztrofizikusok a galaxisok mozgásának magyarázata céljából posztuláltak egy sötét anyagnak nevezett láthatatlan részecskék létezését. Ezen megfigyelések alapján becslések szerint körülbelül tízszeres annyi sötét anyagnak kell lennie az univerzumban, mint a rendes anyagnak. A sötét anyag egyik lehetséges magyarázata az, hogy egy új típusú részecskékből állnak (némileg gyengén interakciós masszív részecskék, vagy WIMP-k), amelyek nem bocsátanak ki fényt, és alig lépnek kölcsönhatásba a rendes anyaggal. Számos kísérlet bizonyítékot keres ezen részecskékre.
Mintha ez nem lenne elegendő, az 1990-es években jött a sötét energia, amely visszatükröző erőt produkált, amely úgy tűnik, hogy az univerzum széttépte. A tudósok sötét energiára hivatkoztak, hogy megmagyarázzák azt a meglepő felfedezést, miszerint az univerzum bővülésének üteme nem lassul, ahogy a legtöbb kozmológus gondolta, hanem inkább gyorsul. A legfrissebb becslések szerint a sötét energia teszi ki az univerzum 75% -át, a sötét anyag pedig további 23% -ot tesz ki, így a rendes anyag és az energia kifejezetten kisebbségi szerepe csak 2%.
Scherrer egyesítő gondolata egy egzotikus energiaforma, pontosan definiált, de bonyolult tulajdonságokkal, skaláris mezőnek nevezett. Ebben az összefüggésben a mező egy olyan fizikai mennyiség, amely energiát és nyomást tartalmaz, és amely az űrben eloszlik. A kozmológusok először skaláris mezőket hívtak fel a kozmikus infláció megmagyarázására, röviddel a nagy robbanás után, amikor az univerzum úgy tűnik, hogy hiper expanziója ment keresztül, milliárdszor felfújva kevesebb mint egy másodperc alatt.
Pontosabban, Scherrer a második generációs skaláris mezőt, az úgynevezett k-esszenciát használja a modelljében. A K-esszencia mezőket Paul Steinhardt fejlesztette ki a Princeton Egyetemen és másokban a sötét energia magyarázataként, ám Scherrer az első, aki rámutat arra, hogy a k-esszencia egy egyszerű típusa a sötét anyagnak tulajdonítható hatásokat is előállíthatja.
A tudósok megkülönböztetik a sötét anyagot és a sötét energiát, mert úgy tűnik, hogy másképp viselkednek. Úgy tűnik, hogy a sötét anyag tömege és óriási csomókat képez. Valójában a kozmológusok azt számítják, hogy ezen csomók gravitációs vonzása kulcsszerepet játszott abban, hogy a rendes anyag galaxisokat képezzen. A sötét energia ezzel szemben úgy tűnik, hogy nincs tömeg és egyenletesen terjed az egész űrben, ahol egyfajta antigravitációként működik, egy visszatükröző erőként, amely az univerzumot kiszorítja.
A K-esszencia mezők idővel megváltoztathatják viselkedésüket. Amikor egy nagyon egyszerű típusú k-esszencia mezőt vizsgáltunk - amelyben a potenciális energia állandó - Scherrer felfedezte, hogy a mező fejlődésével áthalad egy fázison, ahol összecsukódhat és utánozhatja a láthatatlan részecskék hatását, amelyet egy fázis követ, egyenletesen terjed az űrben, és átveszi a sötét energia tulajdonságait.
"A modell természetesen olyan állapotba fejlődik, amelyben egy ideig sötét anyagnak tűnik, majd sötét energianak tűnik" - mondja Scherrer. "Amikor rájöttem erre, arra gondoltam:" Ez kényszerítő, nézzük meg, mit tehetünk vele. "
Amikor a modellt részletesebben megvizsgálta, Scherrer úgy találta, hogy elkerüli számos olyan problémát, amelyek korábbi elméleteket sújtottak, amelyek a sötét anyag és a sötét energia egyesítésére törekednek.
A sötét energia legkorábbi modelljét úgy állítottuk elő, hogy az általános relativitáselméletet módosítottuk egy kozmológiai állandónak nevezett kifejezés beillesztésével. Einstein ezt a kifejezést eredetileg belefoglalta a gravitációs erő kiegyensúlyozására statikus univerzum kialakítása érdekében. Vidáman eldobta az állandó értéket, amikor a nap csillagászati megfigyelései szerint nincs rá szükség. A kozmológiai állandót újból bevezető legújabb modellek jó munkát végeznek a sötét energia hatásainak reprodukálásában, de nem magyarázzák a sötét anyagot.
A sötét anyag és a sötét energia egyesítésének egyik kísérlete, Chaplygin gázmodell, az orosz fizikus munkáján alapul az 1930-as években. Első sötét anyag-szerű stádiumot produkál, amelyet egy sötét energia-szerű evolúció követ, ám nehéz megmagyarázni a galaxisok kialakulásának folyamatát.
Scherrer megfogalmazásának van némi hasonlósága az egységes elmélettel, amelyet az év elején javasolt Nima Arkani-Hamed a Harvard Egyetemen és munkatársainak, akik megpróbálják megmagyarázni a sötét anyagot és a sötét energiát, mint olyan láthatatlan és mindenütt jelen lévő folyadék viselkedését, amelyet „ szellemkondenzátum. ”
Noha a Scherrer modelljének számos pozitív vonása van, ennek vannak hátrányai is. Egyrészt a működéshez szélsőséges „finomhangolás” szükséges. A fizikus arra is figyelmeztet, hogy további vizsgálatok szükségesek annak meghatározására, hogy a modell viselkedése összhangban van-e más megfigyelésekkel. Ezenkívül nem tudja megválaszolni a véletlenszerűségi problémát: Miért élünk az univerzum történetében csak akkor, amikor a sötét anyagra és a sötét energiára kiszámított sűrűség összehasonlítható. A tudósok gyanakvók ebben, mert arra utal, hogy van valami különleges a jelenkorban.
Eredeti forrás: Vanderbilti Egyetemi Sajtóközlemény
