Czy jest więcej niż jedna ciemna energia?

Nie wiemy, co kryje się za ciemną energią – nazwa, którą nadaliśmy aktualnej erze przyspieszonej ekspansji we wszechświecie. Wielu teoretyków faworyzuje jakiś rodzaj pola kwantowego jako siłę napędową ciemnej energii, ale te idee są trudne do pogodzenia z wnioskami z teorii strun.

Jednak nowe badania proponują radykalne rozwiązanie: a co, jeśli istnieje więcej niż jeden kosmologiczny czynnik odpowiedzialny za ciemną energię? Ta mieszanina miałaby dziwne skutki w naszym wszechświecie, co czyniło by je potencjalnie wykrywalne w przyszłych badaniach.

Wchodzimy w ciemność

Nie tylko żyjemy w rozszerzającym się wszechświecie – dowiedzieliśmy się o tym około 100 lat temu dzięki obserwacjom Edwina Hubble’a oddalających się od nas galaktyk – ale żyjemy we wszechświecie, którego ekspansja przyspiesza. Od około 5 miliardów lat tempo ekspansji naszego kosmosu rosło, przyspieszając wzrost Wszechświata z każdym mijającym dniem.

Delikatnie mówiąc, nie mamy pojęcia, co powoduje tę przyspieszoną ekspansję. Zauważyliśmy to po raz pierwszy około 20 lat temu podczas badania odległych supernowych i od tego czasu liczne niezależne obserwacje (w tym między innymi: mikrofalowego promieniowania tła (Cosmic Microwave Background), barionowe oscylacje akustyczne [Baryon acoustic oscillations], pustki [cosmic voids] i nie tylko) potwierdziły, że przyspieszona ekspansja jest faktem.

Zamiast faktycznego wyjaśnienia kosmolodzy nadali przyspieszonej ekspansji fajny przydomek: ciemna energia. Chociaż nie wiemy, czym jest ciemna energia, przez lata teoretycy podjęli słabe próby jej potencjalnego wyjaśnienia (ponieważ, oczywiście, musi mieć jakieś fizyczne źródło, a wyjaśnienie fizycznych źródeł rzeczy, które widzimy w naturze, jest zadaniem teoretyków).

Jedną z najbardziej atrakcyjnych idei krążących wokół jest to, że istnieje jakieś pole kwantowe, które jest odpowiedzialne za ciemną energię i jest jednocześnie odpowiedzialne za jej przyspieszanie. Pola kwantowe są bardzo przydatne – nasiąkają każdą cząstką czasoprzestrzeni i są odpowiedzialne za generowanie sił i cząstek, które składają się na nasze codzienne istnienie – więc nie jest tak szalone wyobrażanie, że istnieje nowe pole kwantowe (takie, którego nigdy wcześniej nie było), który ma odpowiednie właściwości, aby wywołać przyspieszoną ekspansję.

Opróżnianie bagien

Więc może ciemna energia jest spowodowana przez jakieś pole kwantowe, które pochłania całą czasoprzestrzeń. Chociaż rzeczywiście brzmi a) prosto i b) atrakcyjnie, ta hipoteza ma pewne wady. Ale żeby porozmawiać o wadach, trzeba porozmawiać o teorii strun.

Teoria strun jest próbą zjednoczenia wszystkich sił natury pod jednym matematycznym dachem – teorią wszystkiego. W teorii strun każda cząstka i każda siła jest w rzeczywistości manifestacją wibrujących strun. Ale żeby wyjaśnić całe bogactwo i różnorodność fizycznego wszechświata, struny te nie mogą po prostu wibrować w trzech wymiarach. Potrzebują więcej miejsca. Aby teoria strun działała, nasz wszechświat potrzebuje kilku dodatkowych wymiarów, wszystkie maleńkie i zwinięte w kłębek, dzięki czemu struny mogą działać i dawać początek fizyce. To wszystko dzieje się w najmniejszej skali, dlatego jeszcze tego nie zauważyliśmy.

Jednym z największych problemów, jakie napotykają teoria strun, i dlaczego nie jest to kompletna teoria natury, jest to, że nie mamy pojęcia, jak te dodatkowe wymiary są zwinięte. Może istnieć aż 10 ^ 200 możliwych konfiguracji, a każda konfiguracja zwiniętych wymiarów daje nowy zestaw fizyki. Ponieważ żyjemy tylko w jednym wszechświecie z jednym zestawem fizyki, tylko jedna z tych konfiguracji może być nasza. Ale który?

Teoretycy strun podjęli pewne próby oddzielenia “pszenicy od plew” i przynajmniej odrzucili niektóre potencjalne konfiguracje zwiniętych wymiarów jako zdecydowanie nie pasujących do naszego wszechświata.

Jeden problem: na pierwszy rzut oka wydaje się, że wszechświaty, które dopuszczają ciemną energię wywołaną przez pole kwantowe, nie są zgodne z innymi rzeczami, które wiemy o teorii strun. Mówiąc prostym językiem, ciemna energia wydaje się żyć w „bagnach”, możliwych konfiguracjach zwiniętych wymiarów, które po prostu nie działają.

Dodatkowa szczypta ciemności

Jednym ze sposobów spojrzenia na tę zagadkę jest wskazanie rzeczywistości ciemnej energii i stwierdzenie, że teoria strun jest błędna – w końcu, jeśli teoria strun nie może przewidzieć wszechświata z ciemną energią, to prawdopodobnie nie jest dobrze dopasowana jako teoria wszystkiego.

A może nie myślimy o ciemnej energii we właściwy sposób, jak twierdzi niedawny artykuł ukazujący się w czasopiśmie preprint arVix. Może się zdarzyć, że nie istnieje tylko jedno pole kwantowe odpowiedzialne za ciemną energię, ale kilka pracujących razem. To nie jest tak szalone, jak mogłoby się wydawać; pomyśl tylko o całej skomplikowanej fizyce związanej z wiązaniem butów i pamiętaj, że natura nie ma obowiązku być czymś prostym.

Dopuszczając wiele pól kwantowych do generowania ciemnej energii, może być możliwe, że teoria strun będzie nadal aktualna w naszym wszechświecie, ponieważ modele te mogą nie utknąć w „bagnie”.

Ale to oznacza, że ​​musimy znaleźć dowody na to, że istnieje więcej niż jeden czynnik odpowiedzialny za ciemną energię.

Okazuje się, że w tych modelach wielu ciemnych energii możliwe jest, że ciemna energia gromadzi się w sobie, co oznacza, że ​​możesz podróżować po wszechświecie i znajdować plamy zmniejszą lub większą ilością ciemnej energii. W sumie w całym kosmosie efekt dużej skali jest nadal taki sam (a mianowicie przyspieszona ekspansja), ale nadmiar ciemnej energii w tym miejscu lub deficyt w innym może wpłynąć na to, jak największe struktury we wszechświecie, takie jak gromady galaktyk i wielkie kosmiczne pustki, rosną i ewoluują.

Nie mamy jeszcze narzędzi, aby zmierzyć te różnice, ale przyszłe eksperymenty, takie jak Nancy Grace Roman Space Telescope NASA, mogą dostarczyć pewnych spostrzeżeń, pomagając nam określić, czy naprawdę żyjemy na bagnach, czy nie.

Źródła: Paul Sutter

Multi-field dark energy: cosmic acceleration on a steep potential

Zdjęcia: University of Bonn/K. Migkas et al.

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x