Защо Вселената се разширява с ускоряваща се скорост, разпространявайки съдържанието си във все по-големи измерения на пространството? Оригинално решение на този пъзел, който със сигурност е най-завладяващият въпрос в съвременната космология, беше предложен от четирима теоретични физици, Едуард У. Колб от Националната ускорителна лаборатория на Ферми на Министерството на енергетиката на САЩ, Чикаго (САЩ): Сабино Матарезе от Университета на Падуа; Алесио Нотари от университета в Монреал (Канада); и Антонио Риото от INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) от Падуа (Италия). Проучването им бе представено вчера в списанието Physical Review Letters.
През последните сто години разширяването на Вселената беше обект на страстна дискусия, ангажирайки най-блестящите умове на века. Подобно на съвременниците си, Алберт Айнщайн първоначално смяташе, че Вселената е статична: че нито се разширява, нито се свива. Когато неговата собствена Теория на общата относителност ясно показа, че Вселената трябва да се разширява или свива, Айнщайн избра да въведе нова съставка в своята теория. Неговата „космологична константа“ представляваше плътност на масата на празното пространство, което караше Вселената да се разширява с все по-голяма скорост.
Когато през 1929 г. Едвин Хъбъл доказа, че Вселената всъщност се разширява, Айнщайн отхвърли космологичната си константа, наричайки я „най-голямата грешка в моя живот“. Тогава, почти век по-късно, физиците възкресиха космологичната константа във вариант, наречен тъмна енергия. През 1998 г. наблюденията на много далечни свръхнове показват, че Вселената се разширява с ускоряваща се скорост. Това ускоряващо се разширяване изглежда беше обяснимо само от наличието на нов компонент на Вселената, „тъмна енергия“, представляващ около 70 процента от общата маса на Вселената. От останалите около 25 процента изглежда под формата на друг мистериозен компонент, тъмна материя; докато само около 5 процента съдържа обикновена материя, онези кваркове, протони, неутрони и електрони, от които сме изградени ние и галактиките.
"Хипотезата за тъмната енергия е изключително завладяваща", обяснява Антонио Риото на Падова, "но от друга страна представлява сериозен проблем. Нито един теоретичен модел, дори и най-модерният, като суперсиметрия или теория на струните, не е в състояние да обясни наличието на тази мистериозна тъмна енергия в количеството, което нашите наблюдения изискват. Ако тъмната енергия беше размерът, който теориите предвиждат, Вселената би се разширила с такава фантастична скорост, че би попречила на съществуването на всичко, което знаем в нашия космос. "
Необходимото количество тъмна енергия е толкова трудно да се примири с известните природни закони, че физиците предлагат всякакъв вид екзотични обяснения, включително нови сили, нови измерения на космическото време и нови ултра леки елементарни частици. Новият доклад обаче не предлага нова съставка за Вселената, а само осъзнаване, че настоящото ускорение на Вселената е следствие от стандартния космологичен модел за ранната Вселена: инфлация.
„Нашето решение за парадокса, породено от ускоряващата се вселена“, казва Риото, „разчита на така наречената инфлационна теория, родена през 1981 г. Според тази теория, в малка част от секундата след Големия взрив, Вселената преживява невероятно бързо разширение. Това обяснява защо нашата Вселена изглежда много хомогенна. Наскоро експериментите с Бумеранг и WMAP, които измерват малките колебания във фоновата радиация, възникващи с Големия взрив, потвърдиха инфлационната теория.
Широко разпространено е мнението, че по време на инфлационната експанзия в началото на историята на Вселената се генерират много малки вълнички в космическото време, както е предсказано от теорията на Айнщайн за обща относителност. Тези пулсации бяха разтегнати от разширяването на Вселената и се простират днес далеч отвъд нашия космически хоризонт, който е над регион, много по-голям от наблюдаваната Вселена, разстояние от около 15 милиарда светлинни години. В настоящата си статия авторите предлагат, че именно развитието на тези космически пулсации увеличава наблюдаваното разширяване на Вселената и отчита нейното ускорение.
„Разбрахме, че просто трябва да добавите тази нова ключова съставка, пулсациите на космическото време, генерирани през епохата на инфлацията, към общата относителност на Айнщайн, за да обясните защо Вселената се ускорява днес“, казва Риото. „Изглежда, че решението на пъзела за ускорение включва Вселената отвъд нашия космически хоризонт. Не се изисква загадъчна тъмна енергия. "
Фермилаб Колб нарече предложението на авторите най-консервативното обяснение за ускоряващата се вселена. „Това изисква само правилно отчитане на физическите ефекти на вълните отвъд нашия космически хоризонт“, каза той.
Данните от предстоящите експерименти ще позволят на космолозите да тестват предложението. „Дали Айнщайн е бил прав, когато е въвел космологичната константа, или е бил прав, когато по-късно е опровергал идеята, скоро ще бъде тестван чрез нов кръг от прецизни космологични наблюдения“, каза Колб. „Новите данни скоро ще ни позволят да разграничим нашето обяснение за ускореното разширяване на Вселената и решението за тъмната енергия.“
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), италианският национален институт за ядрена физика, подкрепя, координира и провежда научни изследвания в областта на ядрената, ядрената и астрочастичната физика и участва в разработването на съответните технологии.
Фермилаб в Батавия, щата Илинойс, САЩ, се управлява от Университетската изследователска асоциация, Inc. за Министерството на енергетиката към Офиса на науката, която финансира съвременни изследвания във физиката на частиците и космологията.
Оригинален източник: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
