Dažās pēdējās desmitgadēs zinātnieki ir atklājuši, ka Visumam ir daudz vairāk nekā tas, kas notiek ar aci: šķiet, ka kosmoss ir piepildīts ne tikai ar vienu, bet ar diviem neredzamiem komponentiem - tumšo vielu un tumšo enerģiju - kuru esamība ir ierosināta pamatojoties tikai uz to gravitācijas iedarbību uz parasto vielu un enerģiju.
Tagad teorētiskais fiziķis Roberts J. Šerrers ir nācis klajā ar modeli, kas varētu noslēpumu pārgriezt uz pusēm, skaidrojot tumšo vielu un tumšo enerģiju kā viena nezināma spēka divus aspektus. Viņa modelis ir aprakstīts rakstā “Purely Kinetic k Essence as Unified Dark Matter”, kas tiešsaistē publicēts Physical Review Letters 30. jūnijā un pieejams tiešsaistē vietnē http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
"Viens veids, kā domāt par to, ir tas, ka Visums ir piepildīts ar neredzamu šķidrumu, kas rada spiedienu uz parasto matēriju un maina veidu, kā Visums izplešas," saka Šērrers, Vanderbiltas universitātes fizikas profesors.
Pēc Šērrera teiktā, viņa modelis ir ārkārtīgi vienkāršs un ļauj izvairīties no galvenajām problēmām, kas raksturoja iepriekšējos centienus apvienot tumšo vielu un tumšo enerģiju.
70. gados astrofiziķi postulēja neredzamu daļiņu, ko sauc par tumšo vielu, esamību, lai izskaidrotu galaktiku kustību. Balstoties uz šiem novērojumiem, viņi lēš, ka Visumā jābūt apmēram 10 reizes vairāk tumšās vielas nekā parastajai matērijai. Viens no tumšās matērijas iespējamiem izskaidrojumiem ir tāds, ka to veido jauna veida daļiņas (sauktas par vāji mijiedarbojošajām masīvajām daļiņām jeb WIMP), kas neizstaro gaismu un tik tikko nedarbojas ar parasto vielu. Vairākos eksperimentos tiek meklēti pierādījumi par šīm daļiņām.
It kā ar to būtu par maz, 1990. gados nāca tumšā enerģija, kas rada atbaidošu spēku, kas, šķiet, sagrauj Visumu. Zinātnieki atsaucās uz tumšo enerģiju, lai izskaidrotu pārsteiguma atklājumu, ka Visuma paplašināšanās ātrums nemazinās, kā domāja vairums kosmologu, bet tā vietā paātrinās. Saskaņā ar jaunākajiem aprēķiniem tumšā enerģija veido 75 procentus no Visuma, un tumšā matērija veido vēl 23 procentus, atstājot parasto matēriju un enerģiju ar izteikti mazākuma lomu tikai 2 procentus.
Šerrera vienojošā ideja ir eksotiska enerģijas forma ar skaidri noteiktām, bet sarežģītām īpašībām, ko sauc par skalāru lauku. Šajā kontekstā lauks ir fizisks lielums, kam piemīt enerģija un spiediens, kas ir izplatīts visā kosmosā. Kosmologi vispirms izsauca skalāros laukus, lai izskaidrotu kosmisko inflāciju, neilgi pēc Lielā sprādziena, kad šķiet, ka Visums ir piedzīvojis hiperpansijas epizodi, miljardiem reižu piepūšot mazāk nekā sekundē.
Konkrēti, Ščerlers savā modelī izmanto otrās paaudzes skalāru lauku, kas pazīstams kā k-esence. K-esences laukus kā tumšās enerģijas skaidrojumu ir attīstījis Pols Šteinhards Prinstonas universitātē un citi, taču Šerrers ir pirmais, kurš norāda, ka viens vienkāršs k-esences lauka tips var radīt arī tumšajai matērijai piedēvētos efektus.
Zinātnieki atšķir tumšo vielu un tumšo enerģiju, jo šķiet, ka viņi uzvedas atšķirīgi. Šķiet, ka tumšajai matērijai ir masa un veidojas milzu pikas. Faktiski kosmologi aprēķina, ka šo salikumu gravitācijas pievilcībai bija galvenā loma, izraisot parasto vielu veidošanos galaktikās. Turpretī tumšā enerģija šķiet bez masas un vienmērīgi izplatās visā kosmosā, kur tā darbojas kā sava veida antigravitācija, tas ir atbaidošs spēks, kas atšķir Visumu.
K-būtības lauki laika gaitā var mainīt viņu uzvedību. Izpētot ļoti vienkāršu k-būtības lauka veidu - viens, kurā potenciālā enerģija ir konstanta - Šērsers atklāja, ka laukam attīstoties, tas iet cauri fāzei, kurā tas var salipt un imitēt neredzamo daļiņu iedarbību, kurai seko fāze, kad tas vienmērīgi izplatās visā kosmosā un iegūst tumšās enerģijas īpašības.
"Modelis dabiski attīstās stāvoklī, kurā tas kādu laiku izskatās kā tumšā matērija, un pēc tam tas izskatās kā tumšā enerģija," saka Šerrers. "Kad to sapratu, es domāju:" Tas ir pārliecinoši, redzēsim, ko mēs ar to varam izdarīt. ""
Izpētot modeli sīkāk, Šērrers atklāja, ka tas ļauj izvairīties no daudzām problēmām, kuras ir skārušas iepriekšējās teorijas, kuras mēģina apvienot tumšo vielu un tumšo enerģiju.
Agrākais tumšās enerģijas modelis tika izgatavots, modificējot vispārējo relativitātes teoriju, iekļaujot terminu, ko sauc par kosmoloģisko konstanti. Tas bija termins, kuru Einšteins sākotnēji iekļāva, lai līdzsvarotu gravitācijas spēku, lai izveidotu statisku Visumu. Bet viņš uzmundrinoši nometa konstantu, kad astronomiskie dienas novērojumi atklāja, ka tas nav vajadzīgs. Jaunākie modeļi, no jauna ieviešot kosmoloģisko konstanti, veic labu darbu, atveidojot tumšās enerģijas iedarbību, bet neizskaidro tumšo vielu.
Viens mēģinājums apvienot tumšo matēriju un tumšo enerģiju, ko sauc par Čaplygina gāzes modeli, ir pamatots ar krievu fiziķa darbu 30. gados. Tas rada sākotnējo tumšajai vielai līdzīgu stadiju, kurai seko tumšai enerģijai līdzīga evolūcija, bet tai ir grūti izskaidrot galaktiku veidošanās procesu.
Ščerrera formulējumam ir dažas līdzības ar vienotu teoriju, ko šā gada sākumā ierosināja Nima Arkani-Hamed Hārvarda universitātē un viņa kolēģi, kuri mēģina izskaidrot tumšo vielu un tumšo enerģiju kā tādas, kas rodas no neredzamā un visuresošā šķidruma izturēšanās, ko viņi sauc par “ spoku kondensāts. ”
Kaut arī Šērrera modelim ir vairākas pozitīvas iezīmes, tam ir arī daži trūkumi. Pirmkārt, lai tā darbotos, ir nepieciešama ārkārtēja “precizēšana”. Fiziķis arī brīdina, ka būs jāveic vairāk pētījumu, lai noteiktu, vai modeļa uzvedība atbilst citiem novērojumiem. Turklāt tas nevar atbildēt uz sakritības problēmu: Kāpēc mēs dzīvojam vienīgajā laikā Visuma vēsturē, kad tumšās vielas un tumšās enerģijas aprēķinātie blīvumi ir salīdzināmi. Zinātnieki to uztver aizdomīgi, jo tas liek domāt, ka pašreizējā laikmetā ir kaut kas īpašs.
Oriģinālais avots: Vanderbiltas universitātes jaunumu izlaidums
