Multiverse teorija, kurā teikts, ka Visumu var būt vairāki vai pat bezgalīgs skaits, ir kosmoloģijas un teorētiskās fizikas laika jēdziens. Kaut arī termins meklējams 19. gadsimta beigās, šīs teorijas zinātniskais pamats radās kvantu fizikā un tādu kosmoloģisko spēku izpētē kā melnie caurumi, īpatnības un problēmas, kas izriet no Lielā sprādziena teorijas.
Viens no visvairāk sadedzinošajiem jautājumiem, runājot par šo teoriju, ir tas, vai dzīvība varētu pastāvēt vairākos Visumos. Ja patiešām fizikas likumi mainās no viena Visuma uz otru, ko tas varētu nozīmēt pašai dzīvei? Saskaņā ar jaunu pētījumu sēriju, ko veica starptautisku pētnieku komanda, iespējams, ka dzīve varētu būt ierasta visā Multiverse (ja tā faktiski pastāv).
Pētījumi ar nosaukumu “Tumšās enerģijas ietekme uz galaktiku veidošanos. Kāda ir mūsu Visuma nākotne? ” un “Galaktiku veidošanās efektivitāte un kosmoloģiskās konstantes daudzpusīgs skaidrojums ar EAGLE simulācijām”, nesen parādījās Karaliskās astronomiskās biedrības ikmēneša paziņojumi. Iepriekšējo pētījumu vadīja Džeimsa Salcido, Durhamas universitātes pēcdiploma students
Pēdējo vadīja Lūks Barness, Džona Templetona pētnieks Sidnejas universitātē Sidnejas astronomijas institūts. Abās komandās bija dalībnieki no Rietumaustrālijas Universitātes Starptautiskā radioastronomijas pētījumu centra, Liverpūles Džona Mūra Universitātes Astrofizikas pētniecības institūta un Leidenes Universitātes Leidenes observatorijas.
Kopā pētnieku grupa centās noteikt, kā kosmosa paātrinātā izplešanās varēja ietekmēt zvaigžņu un galaktiku veidošanās ātrumu mūsu Visumā. Šis paātrinātais izplešanās ātrums, kas ir neatņemama kosmoloģijas modeļa Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM) sastāvdaļa, radās no Einšteina vispārējās relativitātes teorijas radītajām problēmām.
Einšteina lauka vienādojumu rezultātā fiziķis saprata, ka Visums būs vai nu paplašināšanās, vai saraušanās stāvoklī kopš Lielā sprādziena. 1919. gadā Einšteins atbildēja, ierosinot “Kosmoloģisko konstanti” (pārstāvēja Lambda), kas bija spēks, kas “apturēja” gravitācijas ietekmi un tādējādi nodrošināja, ka Visums ir statisks un nemainīgs.
Neilgi pēc tam Einšteins atsauca šo priekšlikumu, kad Edvīns Habls atklāja (balstoties uz citu galaktiku redshift mērījumiem), ka Visums patiešām atrodas paplašināšanās stāvoklī. Einšteins acīmredzot devās tik tālu, lai kosmoloģisko konstanti pasludinātu par savas karjeras lielāko kļūmi. Tomēr kosmoloģiskās ekspansijas pētījumi deviņdesmito gadu beigās izraisīja viņa teorijas atkārtotu novērtēšanu.
Īsāk sakot, notiekošie liela mēroga Visuma pētījumi atklāja, ka pēdējo 5 miljardu gadu laikā kosmiskā ekspansija ir paātrinājusies. Kā tādi astronomi sāka izvirzīt hipotēzi, vai pastāv kāds noslēpumains, neredzams spēks, kas virza šo paātrinājumu. Šo spēku, tautā dēvētu par “Tumšo enerģiju”, šo spēku sauc arī par Kosmoloģisko konstantu (CC), jo tas ir atbildīgs par gravitācijas ietekmes pretdarbību.
Kopš tā laika astrofiziķi un kosmologi centās saprast, kā tumšā enerģija varēja ietekmēt kosmisko evolūciju. Šī ir problēma, jo mūsu pašreizējie kosmoloģiskie modeļi paredz, ka mūsu Visumā ir jābūt vairāk Tumšās enerģijas, nekā novērots. Tomēr lielākas Tumšās enerģijas daudzumu uzskaite izraisītu tik strauju izplešanos, ka tā atšķaidītu matēriju, pirms varētu veidoties zvaigznes, planētas vai dzīvība.
Tāpēc pirmajam pētījumam Salcido un komanda mēģināja noteikt, kā vairāk tumšās enerģijas klātbūtne varētu ietekmēt zvaigžņu veidošanās ātrumu mūsu Visumā. Lai to izdarītu, viņi veica hidrodinamiskās simulācijas, izmantojot EAGLE (GaLaxies un to vides evolūcija un montāža) projektu - vienu no reālākajām novērotā Visuma simulācijām.
Izmantojot šīs simulācijas, komanda apsvēra ietekmi, ko Dark Energy (tās novērotajā vērtībā) varētu atstāt uz zvaigžņu veidošanos pēdējos 13,8 miljardos gadu un vēl 13,8 miljardus gadu nākotnē. No tā komanda izstrādāja vienkāršu analītisko modeli, kas norādīja, ka tumšajai enerģijai - neskatoties uz kosmiskās izplešanās ātruma atšķirībām - būs nenozīmīga ietekme uz zvaigžņu veidošanos Visumā.
Viņi arī parādīja, ka Lambda ietekme kļūst ievērojama tikai tad, kad Visums jau ir saražojis lielāko daļu savu zvaigžņu masas, un tas tikai izraisa zvaigžņu veidošanās kopējā blīvuma samazināšanos par aptuveni 15%. Kā Salcido paskaidroja Darhemas universitātes paziņojumā presei:
“Daudziem fiziķiem neizskaidrojams, bet šķietami īpašs tumšās enerģijas daudzums mūsu Visumā ir satraucoša mīkla. Mūsu simulācijas rāda, ka pat tad, ja Visumā būtu daudz vairāk tumšās enerģijas vai pat ļoti maz, tad tam būtu tikai minimāla ietekme uz zvaigžņu un planētu veidošanos, palielinot iespēju, ka dzīvība varētu pastāvēt visā Multiversā. ”
Otrajā pētījumā komanda izmantoja to pašu EAGLE sadarbības simulāciju, lai izpētītu dažādas pakāpes CC ietekmi uz veidošanos uz galaktikām un zvaigznēm. Tas sastāvēja no tādu simulāciju Visumiem, kuru lambda vērtības svārstījās no 0 līdz 300 reizēm virs pašreizējās vērtības, kas novērota mūsu Visumā.
Tomēr, tā kā Visuma zvaigžņu veidošanās ātrums sasniedza maksimumu aptuveni 3,5 miljardus gadu pirms straujās ekspansijas sākuma (apmēram pirms 8,5 miljardiem gadu un 5,3 miljardus gadu pēc Lielā sprādziena), CC palielinājumam bija tikai neliela ietekme uz ātrumu zvaigžņu veidošanās.
Kopumā šīs simulācijas norādīja, ka multiversē, kur fizikas likumi var ļoti atšķirties, vairāk tumšās enerģijas kosmiski paātrinātas izplešanās ietekmei nebūs būtiskas ietekmes uz zvaigžņu vai galaktiku veidošanās ātrumu. Tas, savukārt, norāda, ka citi Multiverse Universi vismaz teorētiski būtu tikpat apdzīvojami kā mūsu pašu. Kā paskaidroja Dr Barnes:
“Iepriekš tika domāts, ka Multiverse izskaidro novēroto tumšās enerģijas kā loterijas vērtību - mums ir laimīgā biļete un mēs dzīvojam Visumā, kas veido skaistas galaktikas, kas ļauj dzīvot, kā mēs to zinām. Mūsu darbs rāda, ka mūsu biļete, tā teikt, šķiet pārāk laimīga. Tas ir īpašāks, nekā tas ir vajadzīgs visu mūžu. Tā ir Multiverse problēma; paliek mīkla. ”
Tomēr komandas pētījumi arī rada šaubas par Multiverse teorijas spēju izskaidrot tumšās enerģijas novēroto vērtību mūsu Visumā. Pēc viņu pētījumiem, ja mēs dzīvotu daudznozarē, mēs novērotu 50 reizes vairāk tumšās enerģijas nekā tas, kas mēs esam. Lai arī to rezultāti neizslēdz Multiverse iespēju, niecīgais tumšās enerģijas daudzums, ko mēs esam novērojuši, būtu labāk izskaidrojams ar pagaidām neatklātu dabas likumu.
Kā paskaidroja profesors Ričards Bowers, Durhamas Universitātes Skaitliskās kosmoloģijas institūts un līdzautors uz papīra:
“Zvaigžņu veidošanās Visumā ir cīņa starp gravitācijas pievilcību un tumšās enerģijas atgrūšanu. Mēs savās simulācijās esam noskaidrojuši, ka Visumi ar daudz vairāk tumšās enerģijas nekā mūsējie var laimīgi veidot zvaigznes. Tad kāpēc tik niecīgs tumšās enerģijas daudzums mūsu Visumā? Es domāju, ka mums vajadzētu meklēt jaunu fizikas likumu, lai izskaidrotu šo dīvaino mūsu Visuma īpašību, un Multiverse teorija maz palīdz glābt fiziķu diskomfortu. ”
Šie pētījumi ir savlaicīgi, jo tie balstās uz Stefana Hokinga galīgo teoriju, kas liek apšaubīt Multiverse esamību un tā vietā piedāvāja ierobežotu un samērā gludu Visumu. Būtībā visi trīs pētījumi norāda, ka debates par to, vai mēs dzīvojam Multiversā vai ne, un tumšās enerģijas lomu kosmiskajā evolūcijā vēl nav beigušās. Bet mēs varam gaidīt nākamās paaudzes misijas, kas nākotnē sniegs noderīgus norādījumus.
Tie ietver Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST), Plaša lauka infrasarkano staru teleskops (WFIRST) un uz zemes bāzētām observatorijām, piemēram, Kvadrātkilometru masīvs (SKA). Papildus eksoplanētu un objektu izpētei mūsu Saules sistēmā šī misija būs veltīta tam, lai izpētītu, kā veidojās pirmās zvaigznes un galaktikas, un noteiktu Tumšās enerģijas lomu.
Turklāt ir sagaidāms, ka visas šīs misijas pulcēs savu pirmo gaismu kaut kad 2020. gados. Tāpēc sekojiet līdzi, jo vairāk informācijas - ar kosmoloģiskām sekām - ieradīsies tikai dažu gadu laikā!
