U posljednjih nekoliko desetljeća, znanstvenici su otkrili da svemir ima puno više nego što ih susreće oko: čini se da je kosmos ispunjen ne samo jednim, već i dva nevidljiva sastojka - tamnom materijom i tamnom energijom - čije je postojanje predloženo koja se temelji samo na njihovim gravitacijskim utjecajima na običnu tvar i energiju.
Teoretski fizičar Robert J. Scherrer smislio je model koji bi tajnu mogao prerezati na pola objašnjenjem tamne materije i tamne energije kao dva aspekta jedne nepoznate sile. Njegov je model opisan u radu pod naslovom „Čisto kinetička k esencija kao jedinstvena mračna materija“ objavljenom na Internetu od strane Physical Review Letters 30. lipnja i dostupan online na http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
"Jedan od načina da se ovo pomisli je da je svemir ispunjen nevidljivom tekućinom koja vrši pritisak na običnu materiju i mijenja način na koji se svemir širi", kaže Scherrer, profesor fizike na Sveučilištu Vanderbilt.
Prema Scherreru, njegov je model krajnje jednostavan i izbjegava velike probleme koji su obilježili prethodna nastojanja na objedinjavanju tamne materije i tamne energije.
1970-ih astrofizičari su postulirali postojanje nevidljivih čestica zvanih tamna materija kako bi objasnili gibanje galaksija. Na temelju tih opažanja, oni procjenjuju da u svemiru mora postojati oko 10 puta više tamne materije od obične materije. Jedno od mogućih objašnjenja tamne materije je da se sastoji od nove vrste čestica (nazvanih slabo interaktivne masivne čestice ili WIMP) koje ne emitiraju svjetlost i jedva stupaju u interakciju s običnom materijom. Brojni eksperimenti traže dokaze o tim česticama.
Kao da to nije dovoljno, devedesetih godina dolazila je i tamna energija, koja proizvodi odbojnu silu koja, čini se, razdvaja svemir. Znanstvenici su pozvali tamnu energiju da objasne iznenađujuće otkriće da brzina kojom se svemir širi ne usporava, kao što je većina kozmologa mislila, već ubrzava. Prema posljednjim procjenama, tamna energija čini 75 posto svemira, a tamna tvar čini još 23 posto, a običnu tvar i energiju ostavlja izrazito manjinska uloga od samo 2 posto.
Scherrerova objedinjujuća ideja je egzotični oblik energije s dobro definiranim, ali složenim svojstvima koji se naziva skalarnim poljem. U tom kontekstu polje je fizička veličina koja posjeduje energiju i pritisak koji se šire kroz svemir. Kozmolozi su prvi pozvali skalarna polja kako bi objasnili kozmičku inflaciju, razdoblje ubrzo nakon Velikog praska, kada se čini da je svemir prošao epizodu hiper-ekspanzije, napuhujući milijarde na milijarde puta u manje od sekunde.
Naime, Scherrer u svom modelu koristi skalarno polje druge generacije, poznato kao k-esencija. Polja K-esencije unaprijedio je Paul Steinhardt sa Sveučilišta Princeton i drugi kao objašnjenje za tamnu energiju, no Scherrer je prvi koji je naglasio da jedna jednostavna vrsta k-esencijalnog polja također može proizvesti učinke pripisane tamnoj materiji.
Znanstvenici razlikuju tamnu tvar od tamne energije jer se čini da se ponašaju drugačije. Čini se da tamna tvar ima masu i formira gigantske nakupine. Zapravo, kosmolozi izračunavaju da je gravitacijsko privlačenje ovih nakupina igralo ključnu ulogu u tome što je obična materija formirala galaksije. Tamna energija, nasuprot tome, čini se da nema mase i ravnomjerno se širi po prostoru gdje djeluje kao vrsta antigravitacije, odbojna sila koja gura svemir naprijed.
Polja K-esencije mogu vremenom promijeniti svoje ponašanje. Prilikom istraživanja vrlo jednostavnog tipa k-esencijalnog polja - onog u kojem je potencijalna energija konstanta - Scherrer je otkrio da kako se polje razvija, prolazi kroz fazu u kojoj može sabiti i oponašati učinak nevidljivih čestica praćenih fazom kada on se ravnomjerno širi kroz svemir i poprima karakteristike tamne energije.
"Model se prirodno razvija u stanje u kojem neko vrijeme izgleda poput tamne materije, a zatim izgleda kao tamna energija", kaže Scherrer. "Kad sam to shvatio, pomislio sam:" Ovo je uvjerljivo, da vidimo što možemo učiniti s tim. "
Kad je detaljnije pregledao model, Scherrer je otkrio da izbjegava mnoge probleme koji su zadesili prethodne teorije koje pokušavaju objediniti tamnu tvar i tamnu energiju.
Najraniji model tamne energije načinjen je izmjenom opće teorije relativnosti tako da uključuje pojam nazvan kozmološka konstanta. To je bio termin koji je Einstein izvorno uključio kako bi uravnotežio silu gravitacije kako bi se formirao statički svemir. Ali veselo je ispustio konstantu kad astronomska promatranja dana otkriju da to nije potrebno. Nedavni modeli koji ponovo uvode u kozmološku konstantu čine dobar posao reproduciranja učinaka tamne energije, ali ne objašnjavaju tamnu materiju.
Jedan pokušaj objedinjavanja tamne materije i tamne energije, nazvan Chaplyginovim plinskim modelom, zasnovan je na radu ruskog fizičara 1930-ih. Proizvodi početnu fazu poput mračne materije, praćenu evolucijom mračne energije, ali ima poteškoća u objašnjavanju procesa formiranja galaksije.
Scherrer-ova formulacija ima neke sličnosti s jedinstvenom teorijom koju je početkom ove godine predložio Nima Arkani-Hamed sa Sveučilišta Harvard i njegovi kolege koji pokušavaju objasniti tamnu materiju i tamnu energiju kao nastalu iz ponašanja nevidljive i sveprisutne tekućine koju nazivaju " duhovni kondenzat. "
Iako Scherrerov model ima brojne pozitivne osobine, on ima i neke nedostatke. Kao prvo, zahtijeva se ekstremno "prilagođavanje" da bi se moglo djelovati. Fizičar također upozorava da će biti potrebno više istraživanja kako bi se utvrdilo je li ponašanje modela u skladu s ostalim opažanjima. Osim toga, on ne može odgovoriti na slučajnost: Zašto živimo jedino vrijeme u povijesti svemira, kada su gustoće izračunate za tamnu tvar i tamnu energiju usporedive. Znanstvenici sumnjaju u to jer sugerira da postoji nešto posebno u današnjem vremenu.
Izvorni izvor: Vijesti sa sveučilišta Vanderbilt
