Vil universet udvide for evigt, eller bliver det til sidst til en lille plet?
En artikel, der blev offentliggjort i juni, antyder, at uendelig udvidelse ikke er mulig, og det har i høj grad begejstret hele fysikfællesskabet.
”Folk reagerer meget følelsesmæssigt, fordi hvis dette opdages og bevises, vil det være imponerende,” sagde Timm Vraze, fysiker ved Wiens teknologiske universitet.
Nu har Vraze og hans kolleger offentliggjort en separat undersøgelse, der modvejer den foregående artikel. Dette betyder, at teorien om et konstant ekspanderende univers endnu ikke kan udelukkes.
Mørk energi og rumudvidelse
Vores univers er gennemsyret med en enorm usynlig kraft, der ser ud til at modsætte sig tyngdekraften. Fysikere kalder denne kraft mørk energi. Det antages, at det er hun, der konstant "skubber" vores univers udad og provokerer ekspansion.
Men i juni offentliggjorde en gruppe fysikere et papir, der hævdede, at mørk energi ændrer sig over tid. Dette betyder, at universet ikke vil ekspandere for evigt, men til sidst kan kollapse til den størrelse, som det var før Big Bang.
Salgsfremmende video:
Næsten øjeblikkeligt opdagede fysikere teoriens mangler: adskillige uafhængige grupper offentliggjorde efterfølgende artikler, der foreslog korrektioner til hypotesen. Avisen, der blev offentliggjort 2. oktober i tidsskriftet Physical Review D, siger, at den oprindelige hypotese, som den nu er, ikke kan retfærdiggøres, fordi den ikke kan forklare eksistensen af Higgs-boson, som vi ved fra den store Hadron Collider eksisterer. Ikke desto mindre, ifølge Vraze, som var medforfatter til denne artikel, med nogle teoretiske justeringer, kan hypotesen om et kollapsende univers stadig være levedygtig.
Hvordan forklarer vi alt, hvad der nogensinde har eksisteret?
Stringteori, sommetider kaldes teorien om alt, er en matematisk elegant, men eksperimentelt uudtent model til at kombinere Einsteins relativitetsteori med kvantemekanik. Stringteori antager, at alle partiklerne, der udgør universet, faktisk ikke er punkter, men endimensionelle strenge, der vibrerer. Forskellene i disse vibrationer giver os mulighed for at se en partikel som en foton og en anden som et elektron.
For at strengteori skal være en levedygtig forklaring på universet, skal den dog omfatte mørk energi.
I følge Vraze kan du forestille dig mørk energi som en bold mellem bjerge og dale, som repræsenterer mængden af potentiel energi. Hvis bolden er på toppen af et bjerg, kan den være stationær, men den kan rulle ned på grund af den mindste forstyrrelse, så den er ustabil. Hvis bolden er i dalen, bevæger den sig ikke, har lav energi og er i et stabilt univers, fordi et stærkt skub vil få den til at rulle tilbage.
Teoretikere, der arbejder med strengteori, har længe antaget, at mørk energi er konstant og uforanderlig i universet. Med andre ord, bolden er i dalene mellem bjergene, den ruller ikke af bjergtoppene og ændrer sig ikke over tid.
Men en hypotese, der blev fremsat i juni, antyder, at landskabet ikke må have bjerge eller dale over havets overflade for at strengteorien skal fungere. (I dette koncept er vores univers over havets overflade, som er en metafor for det punkt, hvor mørk energi begynder at enten udvide universet eller sammensætte det.)
Tværtimod har terrænet en lille hældning, og "kuglen med mørk energi" ruller nedad.”Når det ruller ned, er der mindre og mindre mørk energi,” sagde Vraze. "Kuglens højde svarer til mængden af mørk energi i vores univers."
I denne teori kunne mørk energi til sidst "glide" under havoverfladen og begynde at trække universet tilbage til dets størrelse før Big Bang.
Men der er et problem.
Det har vist sig, at sådanne ustabile bjergtopper findes, fordi Higgs-bosonen eksisterer, sagde Wraze. Og det er eksperimentelt bevist, at Higgs-partikler kan eksistere på disse bjergtoppe ("ustabile universer") og kan forstyrres ved det mindste berøring.
Problemer med universernes stabilitet
Kamrun Wafa, der arbejder med strengteori ved Harvard og seniorforfatter af juni-hypotesen, bekræftede, at den originale hypotese faktisk har "vanskeligheder med ustabile universer." Og efterfølgende artikler har afspejlet dette problem.
Men ifølge Vraze, selvom hypotesen er revideret, "vil vi stadig ikke være i et stabilt univers - snarere vil alt andet ændre sig." I henhold til den reviderede version kan bjergtoppe eksistere, men stabile dale kan ikke (forestil dig formen på en hestes sadel). Bolden skal til sidst begynde at rulle, og den mørke energi skal ændre sig over tid.
Men hvis hypotesen er helt forkert, kan mørk energi være konstant, vi sidder i en dal mellem to bjerge, og universet vil fortsætte med at udvide.
Han håber, at satellitter, der mere præcist måler udvidelsen af universet i løbet af de næste 10-15 år, hjælper os med at forstå, om mørk energi er konstant eller ændrer sig. Wafa var enig: "Dette er en spændende periode inden for kosmologi, og forhåbentlig vil vi i de næste par år se eksperimentelle bevis for, at mørk energi ændrer sig i vores univers."