Παραβιάσεις της διατήρησης της ενέργειας στο πρώιμο σύμπαν μπορεί να εξηγούν τη σκοτεινή ενέργεια

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες προβληματίζονται για το γεγονός ότι το σύμπαν μας διαστέλλεται. Λογικά, η βαρύτητα θα έπρεπε να έλκει τους γαλαξίες πιο κοντά, αλλά παρατηρήσεις στη δεκαετία του 1990 αποκάλυψαν ότι το Σύμπαν δεν διαστέλλεται απλά, αλλά διαστέλλεται με έναν επιταχυνόμενο ρυθμό, κάτι που οι επιστήμονες χρεώνουν στην σκοτεινή ενέργεια.

Η σκοτεινή ενέργεια (δεν πρέπει να συγχέεται με τη σκοτεινή ύλη) είναι η υποθετική δύναμη που αποτελεί περίπου το 68,3 % της ενέργειας στο παρατηρήσιμο Σύμπαν, και ωθεί τους γαλαξίες να απομακρύνονται. Όμως, παρά τις πολλές έμμεσες αποδείξεις για την ύπαρξή της, κανείς δεν ήταν σε θέση να ανιχνεύσει άμεσα την σκοτεινή ενέργεια, ή επαρκώς να εξηγήσει από πού προέρχεται.

Τώρα, μια νέα μελέτη θα μπορούσε να διορθώσει όλα αυτά. Η απάντηση; Η σκοτεινή ενέργεια είναι απόλυτα λογική ... υποθέτοντας ότι ένας από τους πιο θεμελιώδεις νόμους του Σύμπαντος είχε παραβιαστεί χωρίς να το παρατηρήσουμε.

Ο θεμελιώδης νόμος είναι η διατήρηση της ενέργειας, και αυτό είναι κάτι πολύ σπουδαίο. Είναι ο νόμος που όλοι μάθαμε στο σχολείο, που αναφέρει ότι η ενέργεια σε ένα απομονωμένο σύστημα δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί - αυτή μπορεί να αλλάξει μόνο μορφές.

Αλλά η νέα μελέτη υποστηρίζει ότι αν το Σύμπαν είχε ανεπαίσθητη διαρροή ενέργειας στις πρώτες μέρες του, θα μπορούσε να εξηγήσει τη σκοτεινή ενέργεια που βλέπουμε σήμερα. Είναι σημαντικό ότι, η ομάδα από επιστήμονες  από τη Γαλλία και το Μεξικό, προτείνει, επίσης, ότι ο νόμος θα μπορούσε να έχει παραβιαστεί τόσο λίγο, ώστε δεν θα το είχαμε καν παρατηρήσει. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει το ζήτημα της «κοσμολογικής σταθεράς», που έχει απασχολήσει τους φυσικούς από την εποχή του Einstein και έχει συνδεθεί με την πρόσφατη  φυσική για την εμφάνιση της θεωρίας της σκοτεινής ενέργειας.

Η «κοσμολογική σταθερά» είναι ένα αμφιλεγόμενο θέμα στη φυσική, που υποστηρίζεται από κάποιους, ενώ απορρίπτεται από άλλους. Ονομάστηκε "η χειρότερη θεωρητική πρόβλεψη στην ιστορία της φυσικής." λόγω της  ασυμφωνίας ανάμεσα στην πειραματική τιμή και τη θεωρητική εκτίμηση για τη σκοτεινή ενέργεια.

Οι φυσικοί περιγράφουν στο πρόσφατο περιοδικό Physical Review Letters την υπόθεσή τους, σύμφωνα με την οποία το πρόβλημα της κοσμολογικής σταθεράς, όπως ονομάζεται αυτή η ασυμφωνία, οφείλεται στην παραβίαση της αρχής διατήρησης της ενέργειας στο πρώιμο σύμπαν.

Η κοσμολογική σταθερά αποτελεί μία από τις επικρατούσες θεωρίες για την εξήγησή της σκοτεινής ενέργειας, προτείνοντας ότι η σκοτεινή ενέργεια δημιουργείται από τον κενό χώρο ο οποίος, σύμφωνα με την κβαντική φυσική, στην πραγματικότητα δεν είναι κενός, αλλά γεμάτος από «εικονικά» σωματίδια και αντισωματίδια, τα οποία δημιουργούνται αυθόρμητα και επανασυνδέονται πολύ γρήγορα, για να εξαϋλωθούν.

Ωστόσο, ο πραγματικός ρυθμός της συμπαντικής διαστολής δεν πλησιάζει καν την τιμή που προκύπτει με βάση την κοσμολογική σταθερά. Για την ακρίβεια, η απόκλιση είναι τεράστια, αγγίζοντας τις 120 τάξεις μεγέθους.

Σύμφωνα ωστόσο με τους συντάκτες του άρθρου στο Physical Review Letters, το χάσμα μπορεί να γεφυρωθεί αν στο «νεαρό» σύμπαν παραβιάστηκε η αρχή διατήρησης της ενέργειας.  Οι παραβιάσεις αυτές θα μπορούσαν να είναι τόσο μικρές που είχαν αμελητέα επίδραση σε τοπική κλίμακα, την ίδια στιγμή όμως που επηρέασαν σημαντικά την  τιμή που έχει σήμερα η κοσμολογική σταθερά.

Συντάκτες της μελέτης είναι οι Thibaut Josset και Alejandro Perez από το πανεπιστήμιο της Aix-Marseille, στη Γαλλία και ο Daniel Sudarsky από το National Autonomous University of Mexico

Ανάμεσα στα σενάρια παραβιάσεων της διατήρησης της ενέργειας, που εξέτασαν στη μελέτη τους, είναι τροποποιήσεις της κβαντικής θεωρίας που έχουν προταθεί στο παρελθόν, για την εξήγηση φαινομένων όπως η δημιουργία και η «εξάτμιση» των μελανών οπών. Σε τέτοιες περιπτώσεις, παράγεται ποσότητα ενέργειας που είναι ανάλογη με το αντικείμενο που «καταρρέει».

Όποια κι αν ήταν η αιτία παραβίασης της διατήρησης της ενέργειας, το σημαντικό αποτέλεσμα θα ήταν πως η ενέργεια που «προστέθηκε» ή «χάθηκε» από το σύμπαν επηρέαζε ολοένα περισσότερο με την πάροδο του χρόνου την κοσμολογική σταθερά. Την ίδια στιγμή, η όποια επίδραση στην ύλη μειωνόταν προοδευτικά, λόγω της διαστολής του σύμπαντος.

Με άλλα λόγια, όπως εξηγούν οι φυσικοί στο άρθρο τους, είναι σαν η κοσμολογική σταθερά να είναι το ιστορικό της μη διατήρησης της ενέργειας κατά τη διάρκεια της «ζωής» του σύμπαντος.

Υπάρχει ένα μεγάλο πρόβλημα εδώ όμως - αν η εξαφάνιση της ενέργειας δεν άφησε καμία μακροχρόνια συνέπεια για το Σύμπαν, εκτός από την μεταβολή της τιμής της σκοτεινής ενέργειας, τότε δεν υπάρχει κανένας τρόπος για να ελέγξουμε αν αυτή η υπόθεση ισχύει  ή όχι.

"Η πρότασή μας είναι πολύ γενική και οποιαδήποτε παραβίαση της διατήρησης της ενέργειας αναμένεται να συμβάλει σε μια αποτελεσματική κοσμολογική σταθερά", δήλωσε ο Josset. "Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει να θέσουμε νέους περιορισμούς στα φαινομενολογικά μοντέλα πέρα από την τυπική  κβαντομηχανική".

"Από την άλλη πλευρά, άμεση απόδειξη ότι η σκοτεινή ενέργεια προέρχεται από την μη διατήρηση της ενέργειας φαίνεται σε μεγάλο βαθμό απρόσιτη, καθώς έχουμε πρόσβαση στην τιμή του λάμδα [η κοσμολογική σταθερά] σήμερα και περιορισμούς σχετικά με την εξέλιξή της στο τέλος του χρόνου μόνο . "

Η έρευνα "Σκοτεινή Ενέργεια από Παραβίαση της Εξοικονόμησης Ενέργειας" έχει δημοσιευθεί στο Physical Review Letters, και μπορείτε να δείτε την πλήρη μελέτη online στο  arXiv.org.

thecuriosityofcat
24/1/2017



0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου