V posledních několika desetiletích vědci zjistili, že ve vesmíru je mnohem víc, než se setká s okem: Zdá se, že vesmír není naplněn pouze jednou, ale dvěma neviditelnými složkami - temnou hmotou a temnou energií - jejichž existence byla navržena. založené pouze na jejich gravitačních účincích na obyčejnou hmotu a energii.
Teoretický fyzik Robert J. Scherrer nyní přišel s modelem, který by mohl tajemství snížit na polovinu vysvětlením temné hmoty a temné energie jako dvou aspektů jediné neznámé síly. Jeho model je popsán v článku nazvaném „Čistě kinetická k esence jako sjednocená temná hmota“ zveřejněném online společností Physical Review Letters 30. června a k dispozici online na adrese http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
"Jedním ze způsobů, jak si to promyslet, je, že vesmír je naplněn neviditelnou tekutinou, která vyvíjí tlak na obyčejnou hmotu a mění způsob, jakým se vesmír rozšiřuje," říká Scherrer, profesor fyziky na Vanderbiltově univerzitě.
Podle Scherrera je jeho model extrémně jednoduchý a vyhýbá se hlavním problémům, které charakterizovaly předchozí úsilí o sjednocení temné hmoty a temné energie.
V 70. letech minulého století astrofyzici předpokládali existenci neviditelných částic zvaných temná hmota, aby vysvětlili pohyb galaxií. Na základě těchto pozorování odhadují, že ve vesmíru musí být asi desetkrát tolik temné hmoty než obyčejná hmota. Jedním možným vysvětlením temné hmoty je, že se skládá z nového typu částice (dabované slabé interakce masivních částic nebo WIMP), která nevyzařuje světlo a sotva interaguje s běžnou hmotou. Řada experimentů hledá důkaz těchto částic.
Jako by to nestačilo, v devadesátých letech přišla temná energie, která produkuje odpudivou sílu, která se zdá, že trhá vesmír od sebe. Vědci použili temnou energii k vysvětlení překvapivého objevu, že rychlost, jakou se vesmír rozšiřuje, se nezpomaluje, jak si myslela většina kosmologů, ale místo toho zrychluje. Podle posledních odhadů tvoří temná energie 75 procent vesmíru a temná hmota představuje dalších 23 procent, přičemž obyčejná hmota a energie zůstávají s výrazně minoritní rolí pouze 2 procenta.
Scherrerova sjednocující myšlenka je exotická forma energie s dobře definovanými, ale komplikovanými vlastnostmi nazývanými skalární pole. V této souvislosti je pole fyzickou veličinou, která má energii a tlak, který se šíří celým vesmírem. Kosmologové nejprve použili skalární pole, aby vysvětlili kosmickou inflaci, období krátce po Velkém třesku, kdy se zdá, že vesmír prošel epizodou hyperp expanze a nafoukl miliardy krát miliardkrát za méně než sekundu.
Konkrétně Scherrer ve svém modelu používá skalární pole druhé generace, známé jako k-esence. Pole K-essence byla vyvinuta Paulem Steinhardtem na Princetonské univerzitě a dalšími jako vysvětlení temné energie, ale Scherrer je první, kdo poukáže na to, že jeden jednoduchý typ pole k-esence může také vyvolat účinky přisuzované temné hmotě.
Vědci rozlišují mezi temnou hmotou a temnou energií, protože se zdá, že se chovají odlišně. Zdá se, že temná hmota má hmotu a vytváří obří shluky. Kosmologové ve skutečnosti počítají, že gravitační přitažlivost těchto shluků hrála klíčovou roli při způsobování toho, že obyčejná hmota vytváří galaxie. Temná energie se naopak zdá být bez hmoty a šíří se rovnoměrně po celém prostoru, kde působí jako druh antigravitace, odpudivá síla, která tlačí vesmír od sebe.
Pole K-essence mohou časem změnit své chování. Při zkoumání velmi jednoduchého typu pole k-esence pole, ve kterém je potenciální energie konstantní, Scherrer zjistil, že jak se pole vyvíjí, prochází fází, ve které se může shlukovat a napodobovat účinek neviditelných částic následovaných fází, když šíří se rovnoměrně po celém vesmíru a nabývá vlastností temné energie.
"Model se přirozeně vyvíjí do stavu, kdy na chvíli vypadá jako temná hmota a poté vypadá jako temná energie," říká Scherrer. "Když jsem si to uvědomil, myslel jsem si:" To je přesvědčivé, podívejme se, co s tím můžeme udělat. ""
Když podrobněji prozkoumal model, Scherrer zjistil, že se vyhýbá mnoha problémům, které trápily předchozí teorie, které se pokoušejí sjednotit temnou hmotu a temnou energii.
Nejčasnější model pro temnou energii byl vyroben úpravou obecné teorie relativity tak, aby zahrnovala termín nazývaný kosmologická konstanta. To byl termín, který Einstein původně zahrnoval k vyvážení gravitační síly, aby vytvořil statický vesmír. Když astronomická pozorování dne zjistila, že to není potřeba, vesele upustil od konstanty. Nedávné modely, které znovu zavádějí kosmologickou konstantu, dokáží dobře reprodukovat účinky temné energie, ale nevysvětlují temnou hmotu.
Jeden pokus sjednotit temnou hmotu a temnou energii, nazývaný Chaplyginův plynový model, je založen na práci ruského fyzika ve 30. letech. Vytváří počáteční fázi podobnou temné hmotě následovanou evolucí podobnou temné energii, ale má potíže s vysvětlením procesu formování galaxie.
Scherrerova formulace má některé podobnosti se sjednocenou teorií navrženou počátkem tohoto roku Nima Arkani-Hamedovou na Harvardské univerzitě a jeho kolegy, kteří se pokoušejí vysvětlit temnou hmotu a temnou energii, jak vyplývají z chování neviditelné a všudypřítomné tekutiny, kterou nazývají „ duch kondenzátu. “
Ačkoli má Scherrerův model řadu pozitivních rysů, má i některé nevýhody. Pro jednu věc, to vyžaduje nějaké extrémní "doladění", aby fungovaly. Fyzik také varuje, že bude zapotřebí další studie k určení, zda je chování modelu v souladu s jinými pozorováními. Navíc nemůže odpovědět na problém náhody: Proč žijeme v jediné době v historii vesmíru, kdy jsou hustoty vypočtené pro temnou hmotu a temnou energii srovnatelné. Vědci to podezřívají, protože to naznačuje, že v současné době je něco zvláštního.
Původní zdroj: Vanderbilt University News Release
