Astronomové po celém světě jsou trochu tázaví, protože se nemohou shodnout na tom, jak rychle se vesmír rozšiřuje.
Od chvíle, kdy se náš vesmír objevil při výbuchu maličké skvrny nekonečné hustoty a gravitace, stoupal balonem, a ne rovnoměrně - expanze vesmíru se stále zrychluje.
Ale jak rychle se rozšiřuje, bylo to pro závratnou debatu. Měření této míry rozšíření z blízkých zdrojů se zdá být v rozporu se stejným měřením ze vzdálených zdrojů. Jedním možným vysvětlením je, že v podstatě se ve vesmíru děje něco funky, které mění rychlost expanze.
Jeden teoretik navrhl, že se objevila zcela nová částice a mění budoucí osud celého našeho vesmíru.
Hubble, Hubble, dřina a potíže
Astronomové vymysleli několik chytrých způsobů měření toho, čemu říkají Hubbleův parametr nebo Hubbleova konstanta (označená pro lidi s rušným životem jako H0). Toto číslo představuje rychlost expanze vesmíru dnes.
Jedním ze způsobů, jak měřit rychlost expanze dnes, je podívat se na blízké supernovy, explozi plynu a prachu vypuštěného z největších hvězd vesmíru po jejich smrti. Existuje určitý druh supernovy, která má velmi specifický jas, takže můžeme porovnat, jak jasný vypadají, jak jasní víme, že mají být, a vypočítat vzdálenost. Poté, při pohledu na světlo z hostitelské galaxie supernovy, mohou astrofyzici také spočítat, jak rychle se od nás vzdálí. Tím, že spojíme všechny kusy, můžeme vypočítat míru expanze vesmíru.
Ale ve vesmíru je víc než vybuchující hvězdy. Existuje také něco, co se nazývá kosmické mikrovlnné pozadí, což je zbytkové světlo hned po Velkém třesku, kdy byl náš vesmír pouhým dítětem, jen 380 000 let staré. Při misích jako je Planckův satelit, který má za úkol mapovat toto zbytkové záření, mají vědci neuvěřitelně přesné mapy tohoto pozadí, které lze použít k získání velmi přesného obrazu o obsahu vesmíru. A odtud můžeme tyto složky vzít a spustit hodiny dopředu pomocí počítačových modelů a být schopni říci, jaká by měla být míra expanze dnes - za předpokladu, že základní složky vesmíru se od té doby nezměnily.
Tyto dva odhady dostatečně nesouhlasí, aby se lidé trochu obávali, že nám něco chybí.
Podívejte se na temnou stránku
Možná je jedno nebo obě měření nesprávné nebo neúplné; spousta vědců na obou stranách debaty zavěšuje na své soupeře odpovídající množství bláta. Ale pokud předpokládáme, že obě měření jsou přesná, pak potřebujeme něco jiného, abychom vysvětlili různá měření. Protože jedno měření pochází z velmi raného vesmíru a další pochází z relativně nedávné doby, uvažuje se, že možná nějaká nová složka ve vesmíru mění rychlost expanze vesmíru takovým způsobem, který jsme již nezachytili v našem vesmíru. modely.
A to, co dnes dominuje expanzi vesmíru, je tajemný jev, který nazýváme temnou energií. Je to úžasné jméno pro něco, čemu v podstatě nerozumíme. Víme jen to, že rychlost expanze vesmíru se dnes zrychluje a my nazýváme sílu, která řídí toto zrychlení, „temnou energií“.
V našem srovnání od mladého vesmíru k současnému vesmíru fyzici předpokládají, že temná energie (ať je to cokoli) je konstantní. Ale s tímto předpokladem máme současný nesouhlas, takže možná se temná energie mění.
Myslím, že to stojí za výstřel. Předpokládejme, že temná energie se mění.
Vědci mají plíživé podezření, že temná energie má něco společného s energií, která je uzavřena ve vakuu samotného časoprostoru. Tato energie pochází ze všech „kvantových polí“, které prostupují vesmírem.
V moderní kvantové fyzice je každý druh částice vázán na své vlastní konkrétní pole. Tato pole se promývají celým časoprostorem a někdy se kousky polí v místech opravdu rozruší a stanou se částicemi, které známe a milujeme - jako elektrony a kvarky a neutrina. Takže všechny elektrony patří do elektronového pole, všechna neutrina patří do neutrinového pole atd. Interakce těchto polí tvoří základní základ pro naše pochopení kvantového světa.
A bez ohledu na to, kam jdete ve vesmíru, nemůžete uniknout kvantovým polím. I když na konkrétním místě dostatečně nevibrují, aby vytvořili částici, stále jsou tam, vrtí a vibrují a dělají svou normální kvantovou věc. Takže tato kvantová pole mají s nimi spojené základní množství energie, dokonce i v samotném prázdném vakuu.
Pokud chceme použít exotickou kvantovou energii vakua časoprostoru k vysvětlení temné energie, okamžitě narazíme na problémy. Když provádíme několik velmi jednoduchých, velmi naivních výpočtů toho, kolik energie je ve vakuu díky všem kvantovým polím, skončíme číslem, které je asi o 120 řádů silnější než to, co pozorujeme, že temná energie je. Jejda.
Na druhou stranu, když zkusíme některé sofistikovanější výpočty, skončíme číslem, které je nula. Což také nesouhlasí s měřeným množstvím temné energie. Jejda znovu.
Takže bez ohledu na to, máme opravdu těžké se pokusit porozumět temné energii prostřednictvím jazyka vakuové energie časoprostoru (energie vytvořená těmito kvantovými poli). Pokud jsou však tato měření rychlosti expanze přesná a temná energie se skutečně mění, mohlo by nám to poskytnout vodítko k povaze těchto kvantových polí. Konkrétně, pokud se temná energie mění, znamená to, že se kvantová pole sama změnila.
Objeví se nový nepřítel
V nedávném článku publikovaném online v předtiskovém časopise arXiv vypočítal teoretický fyzik Massimo Cerdonio z University of Padova množství změn v kvantových polích potřebných k zohlednění změny temné energie.
Pokud existuje nové kvantové pole, které je zodpovědné za změnu temné energie, znamená to, že ve vesmíru je nová částice.
A množství změny temné energie, kterou vypočítal Cerdonio, vyžaduje určitý druh hmoty částic, která se ukáže jako zhruba stejná hmotnost nového druhu částic, který již byl předpovězen: tzv. Axion. Fyzici vymysleli tuto teoretickou částici, aby vyřešili některé problémy s naším kvantovým chápáním silné jaderné síly.
Tato částice se pravděpodobně objevila ve velmi raném vesmíru, ale byla „číhající“ v pozadí, zatímco ostatní síly a částice řídily směr vesmíru. A teď je na řadě axion…
I tak jsme nikdy nezjistili axion, ale pokud jsou tyto výpočty správné, znamená to, že axion je venku a zaplňuje vesmír a jeho kvantové pole. Také tato hypotetická axie se již projevuje změnou množství temné energie ve vesmíru. Mohlo by se tak stát, že i když jsme v laboratoři nikdy neviděli tuto částici, mění náš vesmír již v největším měřítku.
