Od kasnih 1920-ih astronomi su svjesni činjenice da je Svemir u stanju širenja. Prvobitno predviđena Einsteinovom teorijom opće relativnosti, ova je realizacija nastala kao obavijest o najšire prihvaćenom kozmološkom modelu - Teoriji velikog praska. Međutim, stvari su postale pomalo zbunjujuće tijekom devedesetih, kada su poboljšana zapažanja pokazala da se brzina širenja svemira ubrzava već milijardama godina.
To je dovelo do teorije Mračne energije, tajanstvene nevidljive sile koja pokreće širenje kozmosa. Otprilike poput Mračne materije koja je objasnila „nestalu masu“, tada je postalo neophodno pronaći tu neuhvatljivu energiju ili barem osigurati koherentan teorijski okvir za to. Novo istraživanje sa Sveučilišta British Columbia (UBC) nastoji učiniti upravo tako da se postuliranjem svemira proširuje zbog kolebanja u prostoru i vremenu.
Studija - koja je nedavno objavljena u časopisu Fizički pregled D - vodio ga je Qingdi Wang, doktorand s katedre za fiziku i astronomiju na UBC-u. Pod nadzorom profesora na Sveučilištu UBC-a Williama Unruha (čovjeka koji je predložio efekt Unruh-a) i uz pomoć Zhen Zhu-a (još jednog doktoranda na UBC-u), oni pružaju novo djelovanje na Dark Energy.
Tim je započeo rješavanjem nedosljednosti koje proizlaze iz dvije glavne teorije koje zajedno objašnjavaju sve prirodne pojave u Svemiru. Te teorije nisu ništa drugo do Opća relativnost i kvantna mehanika, koja učinkovito objašnjavaju kako se Svemir ponaša na najvećim mjerilima (tj. Zvijezdama, galaksijama, klasterima) i najmanjim (subatomskim česticama).
Nažalost, ove dvije teorije nisu konzistentne kada je riječ o maloj stvari poznatoj kao gravitacija, što znanstvenici još uvijek nisu u stanju objasniti u pogledu kvantne mehanike. Postojanje Tamne energije i širenje Svemira još su jedna točka neslaganja. Za početak, teorije kandidata poput energije vakuuma - što je jedno od najpopularnijih objašnjenja za Dark Energy - predstavljaju ozbiljne nesuglasice.
Prema kvantnoj mehanici, energija vakuuma imala bi nevjerojatno veliku gustoću energije. Ali ako je to istina, tada Opća relativnost predviđa da bi ta energija imala nevjerojatno jak gravitacijski efekt, onaj koji bi bio dovoljno snažan da svemir eksplodira u veličini. Kako je prof. Unruh putem e-maila podijelio sa Space Magazine:
„Problem je što svaki naivan proračun energije vakuuma daje ogromne vrijednosti. Ako pretpostavimo da postoji neka vrsta prekida, tako da se ne mogu dobiti gustoće energije puno veće od Planckove gustoće energije (ili oko 1095 Joules / metar³) tada se otkriva da se dobiva Hubble konstanta - vremenska skala na kojoj se svemir otprilike udvostručuje - veličine 10-44 sek. Dakle, uobičajeni pristup je reći da se na neki način to smanjuje tako da umjesto toga dobijete stvarnu stopu širenja od oko 10 milijardi godina. Ali to je "nekako" prilično tajanstveno i nitko nije smislio mehanizam koji je čak i pola uvjerljiv. "
Dok su drugi znanstvenici nastojali izmijeniti teorije opće relativnosti i kvantne mehanike kako bi riješili ove nedosljednosti, Wang i njegovi kolege tražili su drugačiji pristup. Kao što je Wang objasnio Space Magazinu putem e-pošte:
"Prethodne studije ili pokušavaju modificirati kvantnu mehaniku na neki način da energiju vakuuma postanu malom ili pokušavaju izmijeniti Opću relativnost na neki način da gravitacija otupi zbog energije vakuuma. Međutim, kvantna mehanika i opća relativnost dvije su najuspješnije teorije koje objašnjavaju kako funkcionira naš Univerzum… Umjesto da pokušavamo modificirati kvantnu mehaniku ili Opću relativnost, vjerujemo da bismo ih prvo trebali bolje razumjeti. Ozbiljno shvaćamo veliku gustoću energije vakuuma koju predviđa kvantna mehanika i samo im dopuštamo da gravitiraju prema Općoj relativnosti bez modificiranja nijednog od njih. "
Za vrijeme svoje studije, Wang i njegovi kolege izveli su nove skupove proračuna vakuum energije koji su uzeli u obzir njegovu predviđenu visoku energetsku gustoću. Zatim su razmotrili mogućnost da na najsitnijoj ljestvici - milijardi puta manjoj od elektrona - tkanina svemira podliježe divljim fluktuacijama, koje osciliraju u svakoj točki između širenja i kontrakcije.
Kako se ljulja naprijed i natrag, rezultat ovih oscilacija je neto efekt gdje se Svemir širi polako, ali ubrzavajućom brzinom. Nakon obavljenog izračuna, primijetili su da je takvo objašnjenje u skladu s postojanjem gustoće kvantne energije vakuuma i općom relativnošću. Povrh toga, to je u skladu s onim što znanstvenici promatraju u našem Svemiru gotovo stoljeće. Kao što je Unruh opisao:
„Naše su kalkulacije pokazale da se čovjek mogao dosljedno smatrati [da se] Svemir na najsitnijim mjerilima zapravo širi i ugovara apsurdno velikom brzinom; ali to u velikoj mjeri, zbog prosjeka nad tim sitnim skalama, fizika ne bi primijetila tu „kvantnu pjenu“. Ima maleni zaostali učinak u pružanju učinkovite kozmološke konstante (efekt mračne energije). Na neki način to je poput valova na oceanu koji putuju kao da je ocean savršeno glatki, ali doista znamo da postoji nevjerojatan ples atoma koji čine vodu, a valovi prosječno djeluju na te fluktuacije i djeluju kao da površina je glatka. "
Nasuprot suprotstavljenim teorijama Univerzuma u kojima se razne sile koje upravljaju njime ne mogu razriješiti i moraju se otkazati, Wang i njegovi kolege predstavljaju sliku u kojoj je Svemir stalno u pokretu. U ovom scenariju učinci energije vakuuma zapravo se poništavaju, a također potiču širenje i ubrzanje koje smo promatrali cijelo ovo vrijeme.
Iako je možda prerano za reći, ova slika Univerzuma koja je vrlo dinamična (čak i na najsitnijim mjerilima) mogla bi revolucionirati naše razumijevanje prostora i vremena. U najmanju ruku, ovi teorijski nalazi sigurno potiču raspravu unutar znanstvene zajednice, kao i eksperimenti osmišljeni da ponude izravne dokaze. A to je, kao što znamo, jedini način na koji možemo unaprijediti svoje razumijevanje ove stvari poznate kao Univerzum.
