Zašto se svemir širi ubrzavanjem, šireći svoj sadržaj na sve veće dimenzije prostora? Izvorno rješenje ove zagonetke, zasigurno najfascinantnijeg pitanja u modernoj kozmologiji, postavila su četvorica teorijskih fizičara, Edward W. Kolb iz Nacionalne laboratorije za ubrzanje rada Fermi iz američkog Ministarstva energetike, Chicago (USA): Sabino Matarrese sa Sveučilišta u Padova; Alessio Notari sa Sveučilišta u Montrealu (Kanada); i Antonio Riotto iz INFN-a (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) iz Padove (Italija). Njihova studija poslana je jučer u časopisu Physical Review Letters.
Tijekom posljednjih stotinu godina, širenje svemira bilo je predmet strastvene rasprave, zahvaćajući najbriljantnije umove stoljeća. Kao i njegovi suvremenici, Albert Einstein je u početku mislio da je svemir statičan: da se ni proširio, ni smanjio. Kada je njegova vlastita Teorija opće relativnosti jasno pokazala da se svemir treba proširiti ili ugovoriti, Einstein je odlučio uvesti novi sastojak u svoju teoriju. Njegova "kozmološka konstanta" predstavljala je masnu gustoću praznog prostora koji je tjerao svemir da se širi sve većom brzinom.
Kad je 1929. Edwin Hubble dokazao da se svemir u stvari širi, Einstein je odbacio svoju kozmološku konstantu nazivajući ga "najvećom greškom u mom životu". Tada su, gotovo stoljeće kasnije, fizičari uskrsnuli kosmološku konstantu u varijanti koja se zove tamna energija. 1998., promatranja vrlo udaljenih supernova pokazalo je da se svemir širi ubrzavajućom brzinom. Činilo se da se ovo ubrzano širenje može objasniti samo prisutnošću nove komponente svemira, „tamne energije“, koja predstavlja oko 70 posto ukupne mase svemira. Od ostalih, oko 25 posto čini se u obliku još jedne tajanstvene komponente, tamne materije; dok samo oko 5 posto sastoji od obične materije, oni kvarkovi, protoni, neutroni i elektroni od kojih smo izgrađeni mi i galaksije.
"Hipoteza o tamnoj energiji izuzetno je fascinantna", objašnjava Padova Antonio Riotto, "ali s druge strane predstavlja ozbiljan problem. Nijedan teorijski model, pa čak ni najmoderniji, poput supersimetrije ili teorije struna, nije u stanju objasniti prisutnost ove tajanstvene tamne energije u onoj mjeri u kojoj su potrebna naša promatranja. Da je tamna energija veličine koja teorija predviđa, svemir bi se proširio tako fantastičnom brzinom da bi spriječio postojanje svega što znamo u našem kozmosu. "
Potrebna količina tamne energije toliko se teško može pomiriti s poznatim zakonima prirode da su fizičari predložili sve vrste egzotičnih objašnjenja, uključujući nove sile, nove dimenzije prostornog vremena i nove ultralagane elementarne čestice. Međutim, novo izvješće ne predlaže nikakav novi sastojak svemira, samo spoznaju da je sadašnje ubrzanje svemira posljedica standardnog kozmološkog modela ranog svemira: inflacije.
„Naše rješenje paradoksa koje je stvorio svemir koji se ubrzava“, kaže Riotto, „oslanja se na takozvanu inflatornu teoriju, rođenu 1981. Prema toj teoriji, unutar malog djelića sekunde nakon Velikog praska, svemir je doživio nevjerojatno brzo širenje. To objašnjava zašto se čini da je naš svemir vrlo homogen. Nedavno su eksperimenti s Bumerangom i WMAP-om, koji su mjerili mala kolebanja zračenja u pozadini koja potiču iz Velikog praska, potvrdili inflatornom teorijom.
Uvriježeno je mišljenje da su se tijekom inflacijske ekspanzije rano u povijesti svemira stvorile vrlo malene pukotine u prostornom vremenu, kako je to predvidjela Einsteinova teorija opće relativnosti. Te pukotine su se protezale širenjem svemira i danas se protežu daleko izvan našeg kozmičkog horizonta, to je preko područja mnogo većeg od promatranog svemira, udaljenog oko 15 milijardi svjetlosnih godina. U svom trenutnom radu, autori predlažu da upravo evolucija ovih kozmičkih valova povećava uočeno širenje svemira i uzima u obzir njegovo ubrzanje.
"Shvatili smo da jednostavno trebate dodati ovaj novi ključni sastojak, valove svemirskih vremena nastalih tijekom epohe inflacije, u Einsteinovu opću relativnost da biste objasnili zašto svemir danas ubrzava", kaže Riotto. „Čini se da rješenje zagonetke ubrzanja uključuje svemir izvan našeg kozmičkog horizonta. Ne treba nikakva tajanstvena tamna energija. "
Fermilabov Kolb nazvao je prijedlog autora najkonzervativnijim objašnjenjem za svemir koji se ubrzava. "To zahtijeva samo pravilno računovodstvo fizičkih učinaka valovanja izvan našeg kozmičkog horizonta", rekao je.
Podaci iz nadolazećih pokusa omogućit će kozmolozima da testiraju prijedlog. "Je li Einstein bio u pravu kad je prvi put uveo kozmološku konstantu ili je bio u pravu kad je kasnije odbacio tu ideju, uskoro će biti testiran novom rundom preciznih kosmoloških opažanja", rekao je Kolb. "Novi podaci uskoro će nam omogućiti razlikovanje našeg objašnjenja za ubrzano širenje svemira i rješenja tamne energije."
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), talijanski nacionalni institut za nuklearnu fiziku, podržava, koordinira i provodi znanstvena istraživanja u podnuklearnoj, nuklearnoj i astro česticama i uključen je u razvoj relevantnih tehnologija.
Fermilabom u Bataviji, Illinois, SAD, upravlja Udruženje za istraživanje sveučilišta, Inc. pri Uredu za znanost Ministarstva energetike, koje financira napredna istraživanja u fizici čestica i kosmologiji.
Izvorni izvor: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
