Чому Всесвіт розширюється зі швидкістю, поширюючи свій вміст на все більші розміри простору? Оригінальне рішення цієї головоломки, безумовно, найбільш захоплююче питання сучасної космології, висунули чотири фізики-теоретики, Едвард Колб з Національної лабораторії акселераторів Фермі Міністерства енергетики США, Чикаго (США): Сабіно Матаррес з університету Падуя; Алесіо Нотари з Монреальського університету (Канада); та Антоніо Ріотто з INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) з Падуї (Італія). Їх дослідження було подано вчора до журналу Physical Review Letters.
За останні сто років розширення Всесвіту було предметом пристрасних дискусій, залучаючи найяскравіших умів століття. Як і його сучасники, Альберт Ейнштейн спочатку вважав, що Всесвіт статичний: що він ні розширюється, ні скорочується. Коли його власна Теорія загальної відносності чітко показала, що Всесвіт має розширюватися або стискатися, Ейнштейн вирішив ввести новий інгредієнт у свою теорію. Його "космологічна константа" являла собою масову щільність порожнього простору, яка змусила Всесвіт розширюватися з постійно зростаючими темпами.
Коли в 1929 році Едвін Хаббл довів, що Всесвіт насправді розширюється, Ейнштейн відкинув свою космологічну константу, назвавши її "найбільшою помилкою мого життя". Потім, майже через століття, фізики воскресили космологічну константу у варіанті, званому темною енергією. У 1998 р. Спостереження дуже віддалених наднових продемонстрували, що Всесвіт розширюється зі швидкістю. Це прискорене розширення здавалося пояснюваним лише наявністю нового компонента Всесвіту, «темної енергії», що становить приблизно 70 відсотків від загальної маси Всесвіту. З решти, приблизно 25 відсотків, здається, у формі іншого загадкового компонента, темної речовини; тоді як лише близько 5 відсотків складається із звичайної матерії, тих кварків, протонів, нейтронів та електронів, з яких ми та галактики складаємось.
«Гіпотеза про темну енергію надзвичайно захоплююча, - пояснює Антоніо Ріото Падуя, - але, з іншого боку, це є серйозною проблемою. Жодна теоретична модель, навіть найсучасніша, наприклад, суперсиметрія чи теорія струн, не здатна пояснити наявність цієї загадкової темної енергії в тій кількості, якої вимагають наші спостереження. Якби темна енергія була такою величиною, яку прогнозують теорії, Всесвіт розширився б з такою фантастичною швидкістю, що завадило б існуванню всього, що ми знаємо в нашому космосі ».
Необхідну кількість темної енергії настільки важко узгодити з відомими законами природи, що фізики запропонували всілякі екзотичні пояснення, включаючи нові сили, нові виміри простору та нові надмірні елементарні частинки. Однак новий звіт не пропонує нового інгредієнта для Всесвіту, лише усвідомлення того, що нинішнє прискорення Всесвіту є наслідком стандартної космологічної моделі раннього Всесвіту: інфляції.
"Наше рішення парадокса, що викликає вселенну, що прискорюється", - каже Ріотто, - спирається на так звану інфляційну теорію, народжену в 1981 році. Відповідно до цієї теорії, протягом невеликої частки секунди після Великого вибуху всесвіт зазнав неймовірно швидке розширення. Це пояснює, чому наш Всесвіт здається дуже однорідним. Нещодавно експерименти з бумерангом та WMAP, які вимірювали невеликі коливання фонового випромінювання, що виникали з Великого вибуху, підтвердили інфляційну теорію.
Поширена думка, що під час інфляційного розширення на початку історії Всесвіту утворилися дуже крихітні брижі в космічному часі, як це передбачало теорія загальної відносності Ейнштейна. Ці пульсації були розтягнуті розширенням Всесвіту і простягаються сьогодні далеко за межі нашого космічного горизонту, тобто над регіоном, значно більшим за спостережуваний Всесвіт, на відстань близько 15 мільярдів світлових років. У своїй нинішній роботі автори пропонують, що саме еволюція цих космічних пульсацій збільшує спостережуване розширення Всесвіту та пояснює його прискорення.
"Ми зрозуміли, що вам просто потрібно додати цей новий ключовий інгредієнт - брижі простору часу, що генерується в епоху інфляції, до загальної відносності Ейнштейна, щоб пояснити, чому Всесвіт сьогодні прискорюється", - говорить Ріотто. "Здається, що розгадка головоломки прискорення передбачає Всесвіт поза нашим космічним горизонтом. Ніякої загадкової темної енергії не потрібно ».
Фермілаб Колб назвав пропозицію авторів найбільш консервативним поясненням прискорення Всесвіту. "Він вимагає лише належного обліку фізичних наслідків пульсацій поза нашим космічним горизонтом", - сказав він.
Дані майбутніх експериментів дозволять космологам перевірити пропозицію. "Правда Ейнштейна, коли він вперше ввів космологічну константу, чи був він правий, коли пізніше спростував ідею, незабаром буде перевірений новим раундом точних космологічних спостережень", - сказав Колб. "Нові дані скоро дозволять нам розрізнити наше пояснення прискореного розширення Всесвіту і рішення темної енергії".
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), італійський національний інститут ядерної фізики, підтримує, координує та проводить наукові дослідження в галузі ядерної, ядерної та астрочастинок і бере участь у розробці відповідних технологій.
Фермілаб, штат Батавія, штат Іллінойс, США, управляється Науково-дослідною асоціацією університетів, Inc. при Міністерстві енергетики Управління науки, яка фінансує передові дослідження фізики частинок і космології.
Оригінальне джерело: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
