Kāpēc Visums paplašinās paātrinoties, izplatot tā saturu arvien lielākās kosmosa dimensijās? Šīs mīklas oriģinālo risinājumu, kas, protams, ir vissaistošākais mūsdienu kosmoloģijas jautājums, izvirzīja četri teorētiski fiziķi Edvards W. Kolbs no ASV Enerģētikas departamenta Fermi Nacionālās paātrinātāja laboratorijas Čikāgā (ASV): Sabino Matarrese no Universitātes Padova; Alessio Notari no Monreālas Universitātes (Kanāda); un Antonio Riotto no INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) no Padovas (Itālija). Viņu pētījums vakar tika iesniegts žurnālā Physical Review Letters.
Pēdējo simts gadu laikā Visuma paplašināšanās ir bijusi kaislīgu diskusiju objekts, iesaistot gadsimta spožākos prātus. Tāpat kā viņa laikabiedri, Alberts Einšteins sākotnēji domāja, ka Visums ir statisks: ka tas ne paplašinās, ne saruka. Kad viņa paša vispārējās relativitātes teorija skaidri parādīja, ka visumam vajadzētu paplašināties vai sarauties, Einšteins izvēlējās savā teorijā ieviest jaunu sastāvdaļu. Viņa “kosmoloģiskā konstante” attēloja tukšas telpas masas blīvumu, kas pamudināja Visumu paplašināties ar arvien pieaugošu ātrumu.
Kad 1929. gadā Edvīns Habls pierādīja, ka Visums faktiski paplašinās, Einšteins noraidīja savu kosmoloģisko konstanti, nosaucot to par “lielāko manas dzīves kļūmi”. Tad gandrīz gadsimtu vēlāk fiziķi augšāmcēlās kosmoloģiskā konstante variantā, ko sauc par tumšo enerģiju. 1998. gadā ļoti tālu supernovu novērojumi parādīja, ka Visums paplašinās ar paātrinātu ātrumu. Šķiet, ka šī paātrinātā izplešanās ir izskaidrojama tikai ar jauna Visuma komponenta, “tumšās enerģijas”, klātbūtni, kas pārstāv apmēram 70 procentus no Visuma kopējās masas. No pārējiem aptuveni 25 procenti, šķiet, ir citas noslēpumainas sastāvdaļas - tumšās vielas - formā; lai arī parasto vielu veido tikai aptuveni 5 procenti, tie kvarki, protoni, neitroni un elektroni, no kuriem mēs un galaktikas ir izgatavoti.
“Tumšās enerģijas hipotēze ir ārkārtīgi aizraujoša,” skaidro Padovas pārstāvis Antonio Riotto, “bet, no otras puses, tā ir nopietna problēma. Neviens teorētiskais modelis, pat ne vismodernākais, piemēram, supersimetrija vai stīgu teorija, nespēj izskaidrot šīs noslēpumainās tumšās enerģijas klātbūtni tādā apjomā, kāds vajadzīgs mūsu novērojumiem. Ja tumšā enerģija būtu tāda izmēra, kādu teorijas prognozē, Visums būtu paplašinājies ar tik fantastisku ātrumu, ka tas būtu ļāvis pastāvēt visam, ko mēs zinām mūsu kosmosā. ”
Nepieciešamo tumšās enerģijas daudzumu ir tik grūti saskaņot ar zināmajiem dabas likumiem, ka fiziķi ir ierosinājuši visa veida eksotiskus skaidrojumus, ieskaitot jaunus spēkus, jaunus kosmosa laika dimensijas un jaunas ultravieglas elementāras daļiņas. Tomēr jaunajā ziņojumā nav ierosināta jauna Visuma sastāvdaļa, ir tikai jāsaprot, ka pašreizējais Visuma paātrinājums ir agrīnā Visuma standarta kosmoloģiskā modeļa - inflācijas - sekas.
"Mūsu risinājums paradoksam, ko rada paātrinātais Visums," saka Riotto, "balstās uz tā saukto inflācijas teoriju, kas dzimusi 1981. gadā. Saskaņā ar šo teoriju, nelielas sekundes daļas laikā pēc Lielā sprādziena Visums piedzīvoja neticami strauja paplašināšanās. Tas izskaidro, kāpēc mūsu Visums šķiet ļoti viendabīgs. Nesen Bumeranga un WMAP eksperimenti, kas izmērīja nelielo fona starojuma svārstības, kas radušās lielā sprādziena dēļ, apstiprināja inflācijas teoriju.
Plaši tiek uzskatīts, ka inflācijas ekspansijas laikā Visuma vēstures sākumā kosmosa laikā tika radīti ļoti niecīgi viļņi, kā prognozēja Einšteina vispārējās relativitātes teorija. Šīs viļņus izstiepa Visuma paplašināšanās, un šodien tie sniedzas tālu aiz mūsu kosmiskā horizonta, tas ir, kas atrodas daudz lielākajā reģionā nekā novērojamais Visums, apmēram 15 miljardu gaismas gadu attālumā. Savā pašreizējā darbā autori ierosina, ka tieši šo kosmisko viļņu evolūcija palielina novēroto Visuma izplešanos un nosaka tā paātrinājumu.
"Mēs sapratām, ka jums vienkārši jāpievieno šī jaunā galvenā sastāvdaļa, inflācijas laikmeta radītais kosmosa laika vilinājums Einšteina vispārējai relativitātei, lai izskaidrotu, kāpēc šodien Visums paātrinās," saka Riotto. “Liekas, ka paātrinājuma mīkla ir saistīta ar Visumu ārpus mūsu kosmiskā horizonta. Nav nepieciešama noslēpumaina tumšā enerģija. ”
Fermilaba Kolbs autoru priekšlikumu sauca par konservatīvāko izskaidrojumu paātrinātajam visumam. "Tas prasa tikai pareizu viļņu fiziskās ietekmes uzskaiti ārpus mūsu kosmiskā horizonta," viņš teica.
Gaidāmo eksperimentu dati ļaus kosmologiem pārbaudīt šo priekšlikumu. "Tas, vai Einšteinam bija taisnība, kad viņš pirmo reizi ieviesa kosmoloģisko konstanti, vai arī viņam bija taisnība, kad viņš vēlāk atspēkoja ideju, drīz tiks pārbaudīts ar jaunu precīzu kosmoloģisko novērojumu kārtu," sacīja Kolbs. "Jaunie dati drīz ļaus atšķirt mūsu skaidrojumu par paātrinātu Visuma izplešanos un tumšās enerģijas risinājumu."
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), Itālijas nacionālais kodolfizikas institūts, atbalsta, koordinē un veic zinātniskos pētījumus subnukleāro, kodolenerģijas un astrodaļiņu fizikā un ir iesaistīts attiecīgo tehnoloģiju attīstībā.
Fermilab Batavia, Ilinoisā, ASV, pārvalda Universities Research Association, Inc. Enerģētikas departamenta Zinātnes birojam, kas finansē progresīvus pētījumus daļiņu fizikā un kosmoloģijā.
Oriģinālais avots: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
