Enerji korunmazsa ... karanlık enerjinin ne olduğunu açıklayabilir
Fizikte en son araştırmalardan bahsettiğimizde, bazı fenomenlerin var olduğunu biliriz (en azından mevcut gözlemlerden veya deneysel kanıtlardan), ancak bunların arkasındaki nedenleri açıklayamayız.
Son 20 yılda gökbilimciler, yaşadığımız evrenin deneyimlediğine inanıyor Hızlandırılmış genişleme . Ve hızlandırılmış genişlemenin arkasındaki adama " Karanlık enerji "(Karanlık enerji).
En çok aranan suçlu: karanlık enerji! (Resim kaynağı: Sandbox Studio, Chicago'nun eseri)
Bana sorarsan karanlık enerji nedir? En basit cevap "bilmiyorum", çünkü bu fizikteki en büyük bulmacalardan biridir.
Teorisyenler bunun için beyinlerini harap ettiler ve birçok olasılık öne sürdüler. Son zamanlarda, üç fizikçi karanlık enerjiyi açıklamak için yeni bir teori önerdi. Karanlık enerjinin evrendeki toplam enerji sabit olmadığı veya "korunmadığı" için üretildiğine, ancak yavaş yavaş yok olacağına inanıyorlar.
Gizemli karanlık enerji, enerji korunmadığı için üretilebilir. Enerjinin korunumu genellikle Newton sarkaçlarıyla gösterilir. (Fotoğraf kredisi: BrianAJackson / iStockphoto)
Bu imkansız görünüyor, çünkü enerjinin korunumu fizikte bir demir yasa gibi var. Ama tarihte kimse bundan bahsetmedi, onlardan biri kuantum mekaniğinin vaftiz babası Niels Bohr. Bohr, çürümesi krizini kurtarmak için, enerji korunmazsa sorunun kolayca çözülebileceğini öne sürdü ve onun fikri dahi Wolfgang Pauli'den çok memnun değildi. Pauli, beta bozunmasını açıklamak için yepyeni bir parçacık nötrinoları (26 yıl sonra bulundu) önerdi, böylece enerji tasarrufu tasarrufu sağladı.
Sol: Niels Bohr; sağ: Wolfgang Pauli.
Bu yeni teorinin temel fikrini anlamak için karanlık enerjiyle başlayalım.
Karanlık enerjinin tam olarak ne olduğunu bilmiyoruz Belki de yeni bir alandır, biraz aşina olduğumuz elektrik alanı gibi, tüm uzayı kaplıyor. Ya da aslında uzayın kendisinin bir parçasıdır - bir tür içsel vakum basıncı Kozmolojik sabit .
Aslında, evrenin çökmeden kendi yerçekimine nasıl direndiğini açıklamak için, denkleme sabit bir terim ekleyen genel görelilik teorisine kozmolojik sabit () kavramını getiren Einstein'dı. Ancak 1920'lerde bu fikirden vazgeçti çünkü gökbilimciler evrenin durağan olmadığını, genişlediğini keşfettiler.
Einstein alan denklemi: Sol taraf uzay-zamanın şekline bağlıdır ve sağ taraf enerji ve momentum dağılımını izler. Wheeler'ın özetlediği gibi: Uzay (denklemin sol tarafı) maddenin nasıl hareket ettiğini ve madde (sağ taraf) uzayın nasıl eğildiğini anlatır. Einstein, statik evreni tanımlamak için alan denklemlerine kozmolojik sabiti () ekledi.
1990'ların sonunda gökbilimciler, evrenin sadece genişlemediğini, aynı zamanda hızlandığını keşfettiler ve kozmolojik sabit yeniden canlandırıldı. Ancak kuantum mekaniğini düşündüğümüzde işler karmaşıklaşıyor. Kuantum mekaniğine göre vakumun kendisinde küçük dalgalanmalar var. Genel görelilikte, bu küçük kuantum dalgalanmaları, kozmolojik bir sabit olarak hareket edebilen enerji üretir. Bu fikir çok çekici, ancak kuantum mekaniğine dayalı olarak hesaplanan vakum dalgalanmasının değeri, gözlemlenen gerçek enerji yoğunluğundan 120 kat daha yüksek. Bu sonuç, "fizik tarihindeki en kötü teorik tahmin" olarak hayret verici. Bu Kozmolojik sabit problem , Fizikçiler tarafından şaşırtıldı.
Şimdi, Fransa'daki Aix-Marseille Üniversitesi'nden Thibault Josset ve Alejandro Perez ve Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi'nden Daniel Sudarsky, kozmolojik sabit için makul değerler vermenin bir yolunu buldular. Başlangıç noktaları, Einstein tarafından icat edilen alternatif bir genel görelilik modelidir. Üniter yerçekimi (Modsuz yerçekimi).
Genel görelilik, matematiksel bir simetri olduğunu varsayar. Genelleştirilmiş kovaryans (Genel kovaryans), yani uzay-zaman koordinatlarını nasıl adlandırırsanız adlandırın - bir olayın yeri ve zamanı gibi - teorinin yaptığı tahminler aynıdır. Bu simetrinin doğrudan sonucu, enerji ve momentumun korunması gerektiğidir. Bununla birlikte, birimsel yerçekimi bu matematiksel simetriyi kesinlikle gözlemlemez.
Üniter yerçekimi, genel görelilik tahminlerinin çoğunu tekrarlar. Bununla birlikte, bu teoride, vakum kuantum dalgalanmaları yerçekimi üretmez veya kozmolojik sabiti artırmaz. Kozmolojik sabit yine sabittir ve gerekli değere ayarlanabilir. Ancak bu bir fiyat gerektirir. Üniter yerçekimi enerjinin korunmasını gerektirmez, bu nedenle teorisyenlerin keyfi olarak kısıtlamalar getirmesi gerekir.
Şimdi, Josset, Perez ve Sudarsky, enerjinin ve momentumun korunumunun yok edilmesine izin verdiği sürece kozmolojik sabitin değerini belirleyebileceğini keşfettiler. Argümanları matematiğe dayalıdır, ancak temelde evrendeki az kayıp enerji, kozmolojik sabitin kademeli değişiminde yansıtılacaktır.
Perez: "Bu modelde, karanlık enerji, evrenin tarihinde ne kadar enerji ve momentum kaybedildiğini izleyen bir şeye benziyor."
Bu teoriyi kanıtlamanın iki olası yolu vardır. Örneğin, bir atom altı parçacığın (elektron gibi) neden aynı anda iki yerde olabileceğini, ancak büyük bir nesnenin (kullandığınız bir araba gibi) bunu yapamadığını açıklamaya çalışan sürekli spontane yerelleştirme (CSL) adı verilen bir teori var. . Bununla birlikte, CSL hakkındaki şüphe, enerji korunumu ihlalinden kaynaklanmaktadır, bu nedenle yeni karanlık enerji teorisinin çerçevesi olarak kullanılabilir. Teorisyenler, ihlal edilen toplam enerji tasarrufu miktarının tam olarak kozmolojik sabitin gerektirdiği değeri verdiğini hesapladılar.
Diğer teorik fizikçilerin çalışmaları hakkında farklı görüşleri vardır.
Kanada Çevresel Teorik Fizik Enstitüsü'nden Lee Smolin, bunun çok ilginç bir hipotez olduğunu düşünüyor, çünkü bundan önce hiç kimse karanlık enerjiyi enerji korunumu ihlali ile ilişkilendirmemişti.
Ancak, Nottingham Üniversitesi'nden Antonio Padilla, onların sadece matematik oyunları oynadıklarını düşünerek aynı fikirde değildi. Padilla, hala kozmolojik sabitin küçük bir değerden başladığını varsaymaları gerektiğine inanıyor ve hiçbir açıklamaları yok. Ancak bu görüşe göre, Güney Afrika'daki Cape Town Üniversitesi'nden George Ellis, fiziğin elektrik yükü veya ışık hızı gibi açıklanamayan sabitlerle dolu olduğuna inanıyor ve bu da uzun listeye bir tane daha ekliyor.
Padilla ayrıca, çalışmalarının büyük ölçekli fenomenlerin küçük ölçekli fenomenlere bağlı olmaması gerektiği fikriyle çeliştiğine inanıyor. Ancak Smolin, kozmolojik sabitler sorununun evreni ve kuantum alanlarını çoktan birbirine bağladığını, bu nedenle bu yeni fikir keşfetmeye devam etmeye değer.
