Dalam beberapa dekad kebelakangan ini, para saintis telah menemui bahawa ada lebih banyak lagi bagi alam semesta daripada bertemu mata: Kosmos nampaknya dipenuhi dengan bukan hanya satu, tetapi dua unsur yang tidak dapat dilihat - materi gelap dan tenaga gelap - yang keberadaannya telah dicadangkan hanya berdasarkan kesan graviti mereka pada bahan dan tenaga biasa.
Kini, ahli fizik teori Robert J. Scherrer telah menghasilkan model yang dapat memotong misteri menjadi dua dengan menjelaskan jirim gelap dan tenaga gelap sebagai dua aspek dari satu kekuatan yang tidak diketahui. Modelnya dijelaskan dalam makalah berjudul "Purely Kinetic k Essence as Unified Dark Matter" yang diterbitkan dalam talian oleh Physical Review Letters pada 30 Jun dan boleh didapati dalam talian di http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
"Salah satu cara untuk memikirkan ini adalah bahawa alam semesta dipenuhi dengan cairan yang tidak dapat dilihat yang memberikan tekanan pada materi biasa dan mengubah cara semesta mengembang," kata Scherrer, seorang profesor fizik di Universiti Vanderbilt.
Menurut Scherrer, modelnya sangat sederhana dan menghindari masalah besar yang telah mencirikan usaha sebelumnya untuk menyatukan bahan gelap dan tenaga gelap.
Pada tahun 1970-an, ahli astrofizik mengemukakan kewujudan zarah-zarah tidak kelihatan yang disebut bahan gelap untuk menjelaskan pergerakan galaksi. Berdasarkan pemerhatian ini, mereka menganggarkan bahawa mesti ada kira-kira 10 kali lebih banyak bahan gelap di alam semesta daripada bahan biasa. Satu penjelasan yang mungkin untuk bahan gelap adalah bahawa ia terdiri daripada jenis partikel baru (dijuluki Partikel Massa Berinteraksi Lemah, atau WIMP) yang tidak memancarkan cahaya dan hampir tidak berinteraksi dengan bahan biasa. Sejumlah eksperimen mencari bukti zarah-zarah ini.
Seolah-olah itu tidak mencukupi, pada tahun 1990-an muncul tenaga gelap, yang menghasilkan daya tolak yang nampaknya merobek alam semesta. Para saintis menggunakan tenaga gelap untuk menjelaskan penemuan yang mengejutkan bahawa kadar di mana alam semesta mengembang tidak perlahan, seperti yang difikirkan oleh kebanyakan ahli kosmologi, tetapi malah mempercepat. Menurut anggaran terkini, tenaga gelap merangkumi 75 peratus alam semesta dan bahan gelap 23 persen lagi, meninggalkan jirim dan tenaga biasa dengan peranan minoriti yang jelas hanya 2 peratus.
Idea penyatuan Scherrer adalah bentuk tenaga eksotik dengan sifat yang jelas tetapi rumit yang disebut medan skalar. Dalam konteks ini, medan adalah kuantiti fizikal yang memiliki tenaga dan tekanan yang tersebar ke seluruh ruang. Ahli kosmologi pertama kali menggunakan medan skalar untuk menjelaskan inflasi kosmik, suatu tempoh sejurus selepas Big Bang ketika alam semesta nampaknya telah mengalami episod hiper-pengembangan, melambung miliaran hingga berbilion kali dalam masa kurang dari satu saat.
Secara khusus, Scherrer menggunakan medan skalar generasi kedua, yang dikenali sebagai k-essen, dalam modelnya. Bidang K-esensi telah dikemukakan oleh Paul Steinhardt di Princeton University dan yang lain sebagai penjelasan mengenai tenaga gelap, tetapi Scherrer adalah yang pertama menunjukkan bahawa satu jenis bidang k-esen yang sederhana juga dapat menghasilkan kesan yang dikaitkan dengan bahan gelap.
Para saintis membezakan antara bahan gelap dan tenaga gelap kerana mereka kelihatan berkelakuan berbeza. Bahan gelap nampaknya berjisim dan membentuk gumpalan raksasa. Sebenarnya, ahli kosmologi mengira bahawa tarikan graviti dari gumpalan ini memainkan peranan penting dalam menyebabkan bahan biasa membentuk galaksi. Sebaliknya, tenaga gelap kelihatan tanpa jisim dan menyebar secara merata ke seluruh ruang di mana ia bertindak sebagai sejenis anti-graviti, kekuatan tolakan yang mendorong alam semesta terpisah.
Medan K-esensi dapat mengubah tingkah laku mereka dari masa ke masa. Semasa menyiasat jenis medan k-esensi yang sangat sederhana di mana tenaga berpotensi adalah pemalar-Scherrer mendapati bahawa ketika medan berkembang, ia melewati fasa di mana ia dapat menggumpal dan meniru kesan zarah yang tidak kelihatan diikuti dengan fasa ketika ia menyebar secara merata ke seluruh ruang dan mengambil ciri-ciri tenaga gelap.
"Model ini secara semula jadi berubah menjadi keadaan di mana ia kelihatan seperti bahan gelap untuk sementara waktu dan kemudian ia kelihatan seperti tenaga gelap," kata Scherrer. "Ketika saya menyedari ini, saya berfikir, 'Ini menarik, mari kita lihat apa yang dapat kita lakukan dengannya.'"
Ketika dia meneliti model dengan lebih terperinci, Scherrer mendapati bahawa ia menghindari banyak masalah yang telah melanda teori sebelumnya yang berusaha menyatukan bahan gelap dan tenaga gelap.
Model terawal untuk tenaga gelap dibuat dengan mengubah teori relativiti umum untuk memasukkan istilah yang disebut pemalar kosmologi. Ini adalah istilah yang awalnya disertakan Einstein untuk mengimbangkan kekuatan graviti untuk membentuk alam semesta statik. Tetapi dia dengan ceria menjatuhkan pemalar ketika pemerhatian astronomi pada hari itu mendapati bahawa itu tidak diperlukan. Model baru-baru ini yang memperkenalkan semula pemalar kosmologi berfungsi dengan baik untuk menghasilkan semula kesan tenaga gelap tetapi tidak menjelaskan perkara gelap.
Satu percubaan untuk menyatukan bahan gelap dan tenaga gelap, yang disebut model gas Chaplygin, didasarkan pada karya ahli fizik Rusia pada tahun 1930-an. Ia menghasilkan tahap awal seperti bahan gelap diikuti dengan evolusi seperti energi gelap, tetapi menghadapi masalah untuk menjelaskan proses pembentukan galaksi.
Rumusan Scherrer mempunyai beberapa persamaan dengan teori bersatu yang diusulkan awal tahun ini oleh Nima Arkani-Hamed di Universiti Harvard dan rakan-rakannya, yang berusaha menjelaskan perkara gelap dan tenaga gelap sebagai akibat tingkah laku cecair yang tidak dapat dilihat dan ada di mana-mana yang mereka sebut sebagai “ kondensat hantu. "
Walaupun model Scherrer mempunyai sejumlah ciri positif, model ini juga mempunyai beberapa kekurangan. Untuk satu perkara, ia memerlukan "penyesuaian" yang melampau untuk berfungsi. Ahli fizik juga memberi amaran bahawa lebih banyak kajian diperlukan untuk menentukan sama ada tingkah laku model itu sesuai dengan pemerhatian lain. Di samping itu, ia tidak dapat menjawab masalah kebetulan: Mengapa kita hidup pada satu-satunya masa dalam sejarah alam semesta apabila ketumpatan yang dikira untuk bahan gelap dan tenaga gelap dapat dibandingkan. Para saintis curiga dengan ini kerana ini menunjukkan bahawa ada sesuatu yang istimewa mengenai zaman sekarang.
Sumber Asal: Siaran Berita Universiti Vanderbilt
