Od 20 lat fizycy wiedzą, że ekspansja Wszechświata przyspiesza, jak gdyby jakaś dziwaczna ciemna energia nadmuchiwała przestrzeń niczym balon. Rzeczywiście, przyjęty powszechnie model kosmologiczny zakłada, że 69% Wszechświata stanowi ciemna energia. Ale może jednak nie potrzeba żadnej tajemniczej energii do wyjaśnienia ekspansji Wszechświata?  

Zespół fizyków teoretyków z Uniwersytetu Loránda Eötvösa w Budapeszcie oraz Uniwersytetu Hawajskiego twierdzi, że przyspieszająca ekspansja Wszechświata może być spowodowana jego zmienną i niejednorodną gęstością. Jeśli tak jest, to jedna z największych tajemnic fizyki może zostać wyjaśniona po odrzuceniu słynnej ogólnej teorii względności Alberta Einsteina. Oczywiście wielu badaczy jest sceptycznych w stosunku do nowej teorii.

– Jeśli to prawda, to będzie trzeba odebrać Nagrodę Nobla z 2011 roku za odkrycie przyspieszonej ekspansji Wszechświata – mówi Nick Kaiser, kosmolog z Uniwersytetu Hawajskiego w Honolulu.

Sporny jest sposób, w jaki kosmologowie wyjaśniają, jak Wszechświat ewoluował w ciągu ostatnich 13,8 miliardów lat. Naukowcy polegają na dwóch równaniach. Jedno opisuje, jak materia łączy się w galaktyki i gromady galaktyk. Drugie, znane jako metryka Friedmanna-Lemaître'a-Robertsona-Walkera (FLRW), wywodzi się z teorii grawitacji Einsteina i ogólnej teorii względności. Naukowcy opracowali program – symulację – który używa metryki FLRW do obliczania współczynnika skali, który określa jak bardzo Wszechświat się powiększył. Następnie program stosuje współczynnik skali jako dane wejściowe do obliczania, w jaki sposób postępuje formowanie się galaktyk i gromady galaktyk.

Równanie FLRW ma zastosowanie do izotropowego i jednorodnego Wszechświata. Aby obliczyć współczynnik skali w każdym miejscu, kosmolodzy zazwyczaj przyjmują, że Wszechświat jest izotropowy i jednorodny oraz stosują jego średnią gęstość – określoną z symulacji – jako dane metryki FLRW. To trochę ryzykowne, ponieważ ogólna teoria względności mówi, że masa i energia zakrzywiają czasoprzestrzeń. W rezultacie przestrzeń powinna ekspandować szybciej w regionach pustych i wolniej w gęstych, gdzie grawitacja galaktyk powstrzymuje ekspansję. Według tej zasady niejednorodności we Wszechświecie mogą wpływać na dynamikę ekspansji Wszechświata.

Gábor Rácz i László Dobos, astrofizycy z Uniwersytetu Loránda Eötvösa w Budapeszcie i ich koledzy, podjęli próbę odkrycia tego „oddziaływania wstecznego”. Symulowali „wszechświat” o kształcie sześcianu o wymiarach 480 milionów lat świetlnych do sześcianu. Zamiast używać metryki FLRW do obliczania współczynnika pojedynczej skali dla całego sześcianu, naukowcy rozłożyli sześcian na milion miniwszechświatów, a następnie użyto równania do obliczania współczynnika skali w każdym z nich.

– Zakładamy, że każdy region Wszechświata określa swój współczynnik ekspansji – mówi Dobos.

Następnie naukowcy obliczali średnią wielu czynników skali, które mogą różnić się od współczynnika skali obliczonej ze średniej gęstości.

Wirtualny wszechświat zespołu rozwinął się bardziej niż ten rzeczywisty z jego zwiększającą się ekspansją w ciągu ostatnich kilku miliardów lat. To się zdarzyło nawet bez dodawania do symulacji rozciągającej się przez całą przestrzeń Wszechświata ciemnej energii. Naukowcy wyniki swoich obserwacji ogłosili w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. W artykule zasugerowali również, że ciemną energię można wyjaśnić jako iluzję.

Opracowano na podstawie:
Is dark energy an illusion?

Artystyczna wizja rozwoju Wszechświata w ciągu 13,77 miliardów lat. Rys. NASA / WMAP Science Team
Słowa kluczowe (Tagi):