A csillagászok szerte a világon kissé zavarban vannak, mert úgy tűnik, nem tudnak egyetérteni abban, hogy az univerzum milyen gyorsan bővül.
Mióta a világegyetem egy apró, végtelen sűrűségű és gravitációs spektrum robbanásakor keletkezett, léggömb alakult, és szintén nem állandó ütemben - az univerzum tágulása egyre gyorsabb.
De milyen gyorsan fejlődik a szédítő vita. Ennek a tágulási aránynak a közeli forrásokból történő mérése ellentmondásban áll a távoli forrásokból származó mérésekkel. Az egyik lehetséges magyarázat az, hogy alapvetően valami funky zajlik az univerzumban, megváltoztatva a bővítési sebességet.
Az egyik teoretikus azt állította, hogy vadonatúj részecske alakult ki, amely megváltoztatja egész kozmoszunk jövőbeli sorsát.
Hubble, Hubble, fárasztás és baj
A csillagászok számos okos módszert dolgoztak ki annak mérésére, hogy mit hívnak Hubble paraméternek vagy Hubble állandónak (a foglalkoztatott embereknek H0-ként). Ez a szám a mai világegyetem bővülési sebességét jelöli.
A terjedési sebesség mérésének egyik módja ma a közeli szupernóvák, a földgáz és por robbanásának a halálánál az univerzum legnagyobb csillagai által elindított robbanása. Van egy bizonyos típusú szupernóva, amelynek nagyon világos a fényereje, így összehasonlíthatjuk, hogy milyen fényesek néznek ki, milyen világosnak tudjuk, hogy állítólag állnak, és kiszámolhatjuk a távolságot. Ezután a szupernóva gazdagépe galaxisának fényével nézve az asztrofizikusok kiszámíthatják, milyen gyorsan távolodnak tőlünk. Az összes darab összerakásával kiszámolhatjuk az univerzum tágulási sebességét.
De az univerzumban több van, mint a felrobbanó csillagok. Van még valami, amit kozmikus mikrohullámú háttérnek hívnak, amely a maradék fény közvetlenül a Nagyrobbanás után, amikor univerzumunk puszta csecsemő volt, csak 380 000 éves. Az olyan missziókkal, mint például a Planck-műholdas, amelynek feladata ennek a maradék sugárzásnak a feltérképezése volt, a tudósok hihetetlenül pontos térképei vannak ennek a háttérnek a segítségével, amelyek segítségével nagyon pontos képet kaphat az univerzum tartalmáról. És Innentől ki tudjuk venni ezeket az összetevőket, és előrehaladhatjuk az órát számítógépes modellekkel, és meg tudjuk mondani, hogy milyen bővítési sebességnek kell lennie ma - feltételezve, hogy az univerzum alapvető összetevői azóta nem változtak.
Ez a két becslés annyira nem ért egyet, hogy az embereket kissé attól tartsa, hogy hiányzik valami.
Nézz a sötét oldalra
Lehet, hogy az egyik vagy mindkét mérés hibás vagy hiányos; sok tudós a vita mindkét oldalán a megfelelő mennyiségű iszapot tolja ellenfeleikhez. De ha feltételezzük, hogy mindkét mérés pontos, akkor valami másra van szükségünk a különféle mérések magyarázatához. Mivel az egyik mérés a nagyon korai világegyetemből származik, a másik viszonylag későbbi időből származik, az a gondolkodás, hogy a kozmosz valamely új alkotóeleme oly módon változtatja meg az univerzum tágulási sebességét, amelyet még nem kaptunk be modellek.
És ami manapság uralja az univerzum terjeszkedését, egy titokzatos jelenség, amelyet sötét energiának hívunk. Ez egy fantasztikus név valami számára, amit alapvetően nem értünk. Csak annyit tudunk, hogy a világ világegyetemének tágulási sebessége felgyorsul, és ezt a gyorsulást hajtó erőt "sötét energiának" nevezzük.
A fiatal világegyetem és a mai világegyetem összehasonlításában a fizikusok feltételezik, hogy a sötét energia (bármi is legyen) állandó. De ezzel a feltételezéssel a jelenlegi nézeteltérés van, tehát talán a sötét energia változik.
Azt hiszem, megéri egy lövés. Tegyük fel, hogy a sötét energia változik.
A tudósok alattomos gyanúja szerint a sötét energiának van köze ahhoz az energiához, amely a téridő maga mögött van. Ez az energia az összes „kvantummezőből” származik, amelyek áthatolják az univerzumot.
A modern kvantumfizikában minden egyes részecske fajta hozzá van kötve a saját mezőjéhez. Ezek a mezők az egész téridőn át átmosódnak, és a mezők bitjei néha nagyon gerjesztik a helyeket, és olyan részecskékké válnak, amelyeket ismerünk és szeretünk - például elektronok, kvarkok és neutrinók. Tehát az összes elektron tartozik az elektronmezőbe, az összes neutrinó a neutrino mezőbe tartozik, és így tovább. Ezeknek a mezőknek a kölcsönhatása képezi a kvantumvilág megértésének alapját.
És függetlenül attól, hogy hova megy az univerzumban, nem tudsz elkerülni a kvantummezőket. Még akkor is, ha egy adott helyen nem rezgnek eléggé ahhoz, hogy részecskét készítsenek, akkor is ott vannak, csapkodnak és rezegnek, és elvégzik a szokásos kvantum dolgukat. Tehát ezeknek a kvantummezőknek alapvető energiamennyiségük van hozzájuk társítva, még magában a csupasz üres vákuumban is.
Ha a téridő vákuumának egzotikus kvantumenergiáját akarjuk megmagyarázni a sötét energiáról, azonnal problémákba kerülünk. Amikor nagyon egyszerű, nagyon naiv számításokat végezünk arról, hogy mennyi energia van a vákuumban az összes kvantummező miatt, akkor egy olyan számmal érünk el, amely körülbelül 120 nagyságrenddel erősebb, mint amit a sötét energia megfigyelésekor észlelünk. Hoppá.
Másrészt, ha kipróbálunk néhány kifinomultabb számítást, akkor egy nullával rendelkező számot érünk el. Ami szintén nem ért egyet a mért sötét energiamennyiséggel. Hoppá újra.
Tehát nem számít, igazán nehéz időnk van arra, hogy megpróbáljuk megérteni a sötét energiát a téridő vákuumenergiájának (az ezen kvantummezők által létrehozott energia) nyelvén keresztül. De ha ezek a tágulási sebesség mérések pontosak és a sötét energia valóban változik, akkor ez adhat nekünk betekintést ezen kvantummezők természetébe. Konkrétan, ha a sötét energia változik, ez azt jelenti, hogy maguk a kvantummezők megváltoztak.
Új ellenség jelenik meg
Egy nemrégiben az arXiv preprint nyomtatott folyóiratban közzétett cikkben Massimo Cerdonio elméleti fizikus a Padova Egyetemen kiszámította a kvantummezőkben bekövetkező változás mértékét a sötét energia változásának beszámításához.
Ha van egy új kvantummező, amely felelős a sötét energia változásáért, az azt jelenti, hogy egy új részecske van odakint az univerzumban.
És a sötét energia változásának, amelyet Cerdonio kiszámított, egyfajta részecske-tömeg szükséges, amely kiderül, hogy nagyjából megegyezik egy újfajta részecske tömegével, amelyet már előre jeleztünk: az úgynevezett axiót. A fizikusok feltalálták ezt az elméleti részecskét, hogy megoldják az erős nukleáris erő kvantummegértésével kapcsolatos néhány problémát.
Ez a részecske feltehetően a nagyon korai világegyetemben jelent meg, ám a háttérben háborog, miközben más erők és részecskék irányították az univerzum irányát. És most az axion fordulója van ...
De még soha nem fedeztünk fel egy axiont, de ha ezek a számítások helyesek, akkor ez azt jelenti, hogy az axió ott van, és kitölti az univerzumot és annak kvantummezőjét. Ez a hipotetikus tengely is észrevehetővé teszi a sötét energia mennyiségének megváltoztatásával a kozmoszban. Tehát lehet, hogy annak ellenére, hogy soha nem láttuk ezt a részecskét a laboratóriumban, az már megváltoztatja univerzumunkat a legnagyobb skálán.
