Czy ciemna energia jest iluzją?

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?

04.04.2017Aktualizacja: 18.04.2017Opublikował: AS

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?