Astronomii din întreaga lume sunt un pic amețitori, deoarece ei nu par să fie de acord cu cât de rapid se extinde universul.
Încă de când universul nostru a apărut dintr-o explozie dintr-o minusculă densitate și densitate infinită, a balonat și nu într-un ritm constant - expansiunea universului este tot mai rapidă.
Dar cât de rapid se extinde a fost o dezbatere amețitoare. Măsurătorile acestei rate de expansiune din surse apropiate par a fi în conflict cu aceeași măsurare luată din surse îndepărtate. O posibilă explicație este că, practic, ceva funky se întâmplă în univers, schimbând rata de expansiune.
Și un teoretician a propus că a apărut o particulă complet nouă și schimbă destinul viitor al întregului nostru cosmos.
Hubble, Hubble, trudă și probleme
Astronomii au conceput mai multe modalități inteligente de a măsura ceea ce ei numesc parametrul Hubble, sau constantă Hubble (notată pentru oamenii cu viață ocupată ca H0). Acest număr reprezintă rata de expansiune a universului de astăzi.
O modalitate de a măsura rata de expansiune astăzi este să privim supernovele din apropiere, explozia de gaz și praf lansate de la cele mai mari stele ale universului la moartea lor. Există un anumit tip de supernova care are o luminozitate foarte specifică, așa că putem compara cât de strălucitoare arată cu cât de luminoase știm că ar trebui să fie și să calculăm distanța. Apoi, analizând lumina din galaxia gazdă a supernovei, astrofizicienii pot calcula și cât de repede se îndepărtează de noi. Punând toate piesele la un loc, atunci putem calcula rata de expansiune a universului.
Dar universul este mai mult decât stelele care explodează. Există, de asemenea, ceva numit fundal cosmic cu microunde, care este lumina rămasă de la Big Bang, când universul nostru era doar un copil, care avea doar 380.000 de ani. Cu misiuni precum satelitul Planck însărcinat cu cartografierea acestei radiații rămase, oamenii de știință au hărți incredibil de precise ale acestui fundal, care pot fi utilizate pentru a obține o imagine foarte exactă a conținutului universului. Și de acolo, putem să luăm aceste ingrediente și să pornim ceasul înainte cu modele de computer și să putem spune care ar trebui să fie astăzi rata de expansiune - presupunând că ingredientele fundamentale ale universului nu s-au schimbat de atunci.
Aceste două estimări nu sunt de acord cu suficient pentru a face oamenii să se îngrijoreze puțin că ne lipsește ceva.
Privește spre partea întunecată
Poate că una sau ambele măsurători sunt incorecte sau incomplete; o mulțime de oameni de știință de pe ambele părți ale dezbaterii aruncă împotriva adversarilor cantitatea corespunzătoare de noroi. Dar dacă presupunem că ambele măsurători sunt corecte, atunci avem nevoie de altceva pentru a explica diferitele măsurători. Întrucât o măsurare provine din universul foarte timpuriu, iar alta provine din timp mai recent, gândirea este că poate un ingredient nou din cosmos modifică rata de expansiune a universului într-un mod pe care nu l-am capturat deja în modele.
Iar ceea ce domină expansiunea universului astăzi este un fenomen misterios pe care îl numim energie întunecată. Este un nume nemaipomenit pentru ceva ce practic nu înțelegem. Tot ce știm este că rata de expansiune a universului de astăzi se accelerează și noi numim forța care conduce această accelerație „energie întunecată”.
În comparațiile noastre de la universul tânăr la universul actual, fizicienii presupun că energia întunecată (oricare ar fi ea) este constantă. Dar, cu această presupunere, avem dezacordul actual, deci poate că energia întunecată se schimbă.
Banuiesc ca merita o lovitura. Să presupunem că energia întunecată se schimbă.
Oamenii de știință au suspiciunea că energia întunecată are ceva de-a face cu energia care este blocată în vidul spațiului-timp în sine. Această energie provine din toate „câmpurile cuantice” care pătrund în univers.
În fizica cuantică modernă, fiecare fel de particule este legat de propriul său câmp. Aceste câmpuri se spală prin tot spațiul-timp, iar uneori bucăți din câmpuri sunt foarte încântate în locuri, devenind particulele pe care le cunoaștem și le iubim - ca electronii, quark-urile și neutrinii. Deci toți electronii aparțin câmpului electronilor, toți neutrinii aparțin câmpului neutrinilor și așa mai departe. Interacțiunea acestor câmpuri constituie baza fundamentală pentru înțelegerea lumii cuantice.
Și indiferent unde te duci în univers, nu poți scăpa de câmpurile cuantice. Chiar și atunci când nu vibrează suficient într-o anumită locație pentru a face o particulă, ei sunt tot acolo, rătăcind și vibrând și fac lucrurile lor cuantice normale. Deci aceste câmpuri cuantice au o cantitate fundamentală de energie asociată acestora, chiar și în vidul gol gol în sine.
Dacă vrem să folosim energia cuantică exotică a vidului spațiului-timp pentru a explica energia întunecată, ne confruntăm imediat cu probleme. Când efectuăm niște calcule foarte simple, foarte naive, despre câtă energie există în vid datorită tuturor câmpurilor cuantice, ajungem la un număr care este cu aproximativ 120 de ordine de magnitudine mai puternic decât ceea ce observăm energia întunecată. Hopa.
Pe de altă parte, atunci când încercăm niște calcule mai sofisticate, ajungem la un număr care este zero. Ceea ce nu este de acord și cu cantitatea măsurată de energie întunecată. Whoops din nou.
Așa că, indiferent de situație, avem o perioadă foarte grea încercând să înțelegem energia întunecată prin limbajul energiei în vid a spațiului-timp (energia creată de aceste câmpuri cuantice). Dar dacă aceste măsurători ale ratei de expansiune sunt corecte și energia întunecată se schimbă într-adevăr, atunci aceasta ne poate da un indiciu asupra naturii acelor câmpuri cuantice. Mai exact, dacă energia întunecată se schimbă, asta înseamnă că câmpurile cuantice în sine s-au schimbat.
Apare un nou dușman
Într-o lucrare recentă publicată online în presa de presă arXiv, fizicianul teoretic Massimo Cerdonio de la Universitatea din Padova a calculat cantitatea de schimbare a câmpurilor cuantice necesare pentru a ține cont de schimbarea energiei întunecate.
Dacă există un câmp cuantic nou care este responsabil pentru schimbarea energiei întunecate, înseamnă că există o nouă particulă acolo în univers.
Și cantitatea de schimbare a energiei întunecate pe care Cerdonio a calculat-o necesită un anumit fel de masă de particule, care se dovedește a fi aproximativ aceeași masă a unui nou tip de particule care a fost deja prevăzută: așa-numita axie. Fizicienii au inventat această particulă teoretică pentru a rezolva unele probleme cu înțelegerea noastră cuantică a forței nucleare puternice.
Această particulă, probabil, a apărut în universul foarte timpuriu, dar a fost „pândind” în fundal în timp ce alte forțe și particule au controlat direcția universului. Și acum este rândul axionului ...
Chiar și așa, nu am detectat niciodată o axiune, dar dacă aceste calcule sunt corecte, atunci asta înseamnă că axiunea este acolo, umplând universul și câmpul său cuantic. De asemenea, această axiune ipotetică se face deja sesizabilă schimbând cantitatea de energie întunecată din cosmos. Prin urmare, s-ar putea ca, chiar dacă nu am văzut niciodată această particulă în laborator, deja ne schimbă universul la cea mai mare scară.
