Kopš 1920. gadu beigām astronomi ir zinājuši, ka Visums atrodas paplašināšanās stāvoklī. Sākotnēji to prognozēja Einšteina teorija par vispārējo relativitāti, šī realizācija notika, lai informētu par visplašāk pieņemto kosmoloģisko modeli - Lielā sprādziena teoriju. Tomēr 1990. gados lietas kļuva nedaudz mulsinošas, kad uzlaboti novērojumi parādīja, ka Visuma paplašināšanās temps ir paātrinājies miljardiem gadu.
Tas noveda pie Tumšās enerģijas teorijas, kas ir noslēpumains neredzams spēks, kas virza kosmosa paplašināšanos. Līdzīgi kā Dark Matter, kas izskaidroja “trūkstošo masu”, pēc tam kļuva nepieciešams atrast šo nenotveramo enerģiju vai vismaz nodrošināt tai saskanīgu teorētisko ietvaru. Jauns Britu Kolumbijas universitātes (UBC) pētījums tiecas panākt tikai to, ka, postulējot Visumu, tas paplašinās telpas un laika svārstību dēļ.
Pētījums - kas nesen tika publicēts žurnālā Fiziskā pārbaude D - vadīja UBC Fizikas un astronomijas katedras doktorants Qingdi Wang. UBC profesora Viljama Unruha (cilvēks, kurš ierosināja Unruh efektu) uzraudzībā un ar Zhen Zhu (cita UBC doktoranta) palīdzību viņi nodrošina jaunu Dark Energy uzņemšanu.
Komanda sāka, pievēršoties neatbilstībām, kas izriet no divām galvenajām teorijām, kas kopā izskaidro visas Visuma dabas parādības. Šīs teorijas nav nekas cits kā vispārējā relativitāte un kvantu mehānika, kas efektīvi izskaidro, kā Visums uzvedas lielākajos mērogos (t.i., zvaigznēs, galaktikās, kopās) un mazākajos (subatomiskās daļiņas).
Diemžēl šīs divas teorijas nav saskanīgas, ja runa ir par nelielu lietu, kas pazīstama kā gravitācija, ko zinātnieki joprojām nespēj izskaidrot kvantu mehānikas ziņā. Tumšās enerģijas esamība un Visuma paplašināšanās ir vēl viens domstarpību punkts. Iesākumā kandidātu teorijas, piemēram, vakuuma enerģija - kas ir viens no populārākajiem Dark Energy skaidrojumiem - rada nopietnas neatbilstības.
Saskaņā ar kvantu mehāniku vakuuma enerģijai tai būtu neticami liels enerģijas blīvums. Bet, ja tā ir taisnība, tad vispārējā relativitāte prognozē, ka šai enerģijai būs neticami spēcīgs gravitācijas efekts, kas būtu pietiekami jaudīgs, lai izraisītu Visuma eksplodēšanu lielumā. Kā prof. Unruh pa e-pastu dalījās ar Space Magazine:
“Problēma ir tā, ka jebkurš naivs vakuuma enerģijas aprēķins dod milzīgas vērtības. Ja pieņem, ka pastāv kāda veida izslēgšana, tad enerģijas blīvumu nevar iegūt daudz lielāku par Planck enerģijas blīvumu (vai apmēram 1095 Džula / metrs³), tad tiek atklāts, ka Habla konstante - laika skala, kurā Visums aptuveni divkāršojas - ir aptuveni 10-44 sek. Tātad, parastā pieeja ir teikt, ka kaut kā kaut kas to samazina, lai tā vietā iegūtu faktisko izplešanās ātrumu aptuveni 10 miljardus gadu. Bet tas kaut kā ir diezgan noslēpumains, un neviens nav nācis klajā ar pat puslīdz pārliecinošu mehānismu. ”
Kamēr citi zinātnieki ir mēģinājuši pārveidot vispārējās relativitātes un kvantu mehānikas teorijas, lai atrisinātu šīs neatbilstības, Vangs un viņa kolēģi meklēja atšķirīgu pieeju. Kā Vangs paskaidroja Space Magazine pa e-pastu:
Iepriekšējie pētījumi vai nu mēģina kaut kādā veidā modificēt kvantu mehāniku, lai samazinātu vakuuma enerģiju, vai arī mēģina kaut kādā veidā modificēt vispārējo relativitāti, lai gravitācijas spēks sastindzinātu vakuuma enerģiju. Tomēr kvantu mehānika un vispārējā relativitāte ir divas veiksmīgākās teorijas, kas izskaidro, kā darbojas mūsu Visums ... Tā vietā, lai mēģinātu modificēt kvantu mehāniku vai vispārējo relativitāti, mēs uzskatām, ka vispirms mums tie ir jāsaprot labāk. Mēs nopietni uztveram lielo vakuuma enerģijas blīvumu, ko prognozē kvantu mehānika, un tikai ļaujam tiem darboties atbilstoši vispārējai relativitātei, nemainot nevienu no tiem. ”
Pētījuma dēļ Vangs un viņa kolēģi veica jaunus vakuuma enerģijas aprēķinu komplektus, ņemot vērā prognozēto augsto enerģijas blīvumu. Pēc tam viņi apsvēra iespēju, ka mazākajos mērogos - miljardiem reižu mazāks par elektroniem - kosmosa laika audums ir pakļauts savvaļas svārstībām, svārstoties katrā vietā starp izplešanos un saraušanos.
Tā kā tas mainās uz priekšu un atpakaļ, šo svārstību rezultāts ir tīrais efekts, kurā Visums izplešas lēnām, bet paātrinoties. Pēc aprēķinu veikšanas viņi atzīmēja, ka šāds skaidrojums atbilst gan kvantu vakuuma enerģijas blīvuma esamībai, gan vispārējai relativitātei. Turklāt tas atbilst arī tam, ko zinātnieki ir novērojuši mūsu Visumā gandrīz gadsimtu. Kā to aprakstīja Unruh:
“Mūsu aprēķini parādīja, ka var konsekventi ņemt vērā [to, ka] Visums visniecīgākajos mērogos faktiski paplašinās un sarūk absurdi strauji; bet ka lielā mērogā, ņemot vērā vidējo rādītāju šīm mazajām skalām, fizika nepamanīs šo “kvantu putu”. Tam ir maza atlikušā iedarbība, nodrošinot efektīvu kosmoloģisko konstanti (tumšās enerģijas veida efekts). Dažos veidos tas ir kā viļņi uz okeāna, kas pārvietojas tā, it kā okeāns būtu pilnīgi gluds, bet patiesībā mēs zinām, ka ir šī neticamā atomu deja, kas veido ūdeni, un viļņi vidēji pārsniedz šīs svārstības, un darbojas tā, it kā virsma bija gluda. ”
Pretstatā pretrunīgām teorijām par Visumu, kur dažādus spēkus, kas to pārvalda, nav iespējams atrisināt un tiem ir jāatstāj viens otram ārā, Vangs un viņa kolēģi piedāvā attēlu, kurā Visums pastāvīgi kustas. Šajā scenārijā vakuuma enerģijas ietekme faktiski atceļ sevi un rada arī paplašināšanos un paātrinājumu, ko mēs visu laiku esam novērojuši.
Lai gan to varētu būt pāragri pateikt, šis ļoti dinamiskā Visuma attēls (pat mazākajos mērogos) varētu mainīt mūsu izpratni par kosmosa laiku. Vismaz šie teorētiskie atklājumi noteikti stimulē debates zinātnieku aprindās, kā arī eksperimentus, kuru mērķis ir piedāvāt tiešus pierādījumus. Un tas, kā mēs zinām, ir vienīgais veids, kā uzlabot mūsu izpratni par šo lietu, kas pazīstama kā Visums.
