Para astronom di seluruh dunia berada dalam keadaan yang agak teruk kerana mereka tidak sepakat untuk bersetuju dengan seberapa pantas alam semesta berkembang.
Semenjak alam semesta kita muncul dari letupan sedikit kecil ketumpatan dan graviti yang tidak terhingga, ia telah melompat, dan tidak pada kadar yang mantap, sama ada - pengembangan alam semesta semakin pantas.
Tetapi berapa cepat ia semakin berkembang untuk perdebatan yang mengasyikkan. Pengukuran kadar pengembangan ini dari sumber-sumber berdekatan seolah-olah bertentangan dengan pengukuran yang sama yang diambil dari sumber jauh. Satu penjelasan yang mungkin adalah, pada dasarnya, sesuatu yang funky berlaku di alam semesta, mengubah kadar pengembangan.
Dan satu ahli teori telah mencadangkan bahawa zarah baru telah muncul dan mengubah nasib masa depan keseluruhan kosmos kita.
Hubble, Hubble, kerja keras dan masalah
Para astronom telah mencipta pelbagai kaedah pintar untuk mengukur apa yang mereka sebut parameter Hubble, atau konstan Hubble (dilambangkan untuk orang-orang dengan kehidupan yang sibuk seperti H0). Nombor ini mewakili kadar pengembangan alam semesta hari ini.
Salah satu cara untuk mengukur kadar pengembangan hari ini ialah melihat supernova berdekatan, ledakan gas dan habuk yang dilancarkan dari bintang-bintang terbesar semesta setelah kematian mereka. Ada jenis supernova tertentu yang mempunyai kecerahan yang sangat spesifik, jadi kita dapat membandingkan betapa cerahnya mereka melihat betapa terangnya kita tahu mereka sepatutnya dan menghitung jarak. Kemudian, dengan melihat cahaya dari galaksi tuan rumah supernova, ahli astrofizik juga boleh mengira berapa pantas mereka bergerak dari kami. Dengan meletakkan semua keping bersama-sama, kita dapat mengira kadar pengembangan alam semesta.
Tetapi ada lebih banyak alam semesta daripada bintang yang meletup. Terdapat juga sesuatu yang dikenali sebagai latar gelombang mikro kosmik, yang merupakan cahaya yang tersisa dari hanya selepas Big Bang, ketika alam semesta kita hanyalah bayi, hanya 380,000 tahun. Dengan misi seperti satelit Planck yang ditugaskan untuk memetakan radiasi sisa ini, saintis mempunyai peta yang sangat tepat tentang latar belakang ini, yang boleh digunakan untuk mendapatkan gambaran yang sangat tepat mengenai kandungan alam semesta. Dan dari sana, kita boleh mengambil bahan-bahan tersebut dan menjalankan jam ke hadapan dengan model komputer dan dapat mengatakan apa kadar perluasan hari ini - menganggap bahawa bahan-bahan asas alam semesta tidak berubah sejak itu.
Kedua-dua anggaran ini tidak cukup untuk membuat orang agak bimbang bahawa kami kehilangan sesuatu.
Lihatlah ke sisi gelap
Mungkin, satu atau kedua pengukuran tidak betul atau tidak lengkap; banyak saintis di kedua-dua belah perdebatan itu mengurung jumlah lumpur yang sesuai pada lawan mereka. Tetapi jika kita menganggap bahawa kedua-dua pengukuran adalah tepat, maka kita memerlukan sesuatu yang lain untuk menerangkan pengukuran yang berbeza. Oleh kerana satu pengukuran berasal dari alam semesta yang awal, dan yang lain datang dari masa yang agak baru-baru ini, pemikirannya adalah mungkin beberapa ramuan baru dalam kosmos mengubah kadar pengembangan alam semesta dengan cara yang kita tidak dapat menangkap di dalam kita model.
Dan apa yang menguasai perkembangan alam semesta hari ini adalah fenomena misteri yang kita sebut tenaga gelap. Ia adalah nama yang mengagumkan untuk sesuatu yang pada dasarnya kita tidak faham. Apa yang kita tahu ialah kadar pengembangan alam semesta hari ini mempercepatkan, dan kita panggil tenaga yang memacu percepatan "tenaga gelap" ini.
Dalam perbandingan kami dari alam semesta muda hingga ke alam semesta sekarang ini, ahli fizik menganggap bahawa tenaga gelap (apa pun ia adalah) tetap. Tetapi dengan andaian ini, kita mempunyai perselisihan sekarang, jadi mungkin tenaga gelap berubah.
Saya rasa ia patut ditembak. Mari kita anggap bahawa tenaga gelap berubah.
Para saintis mempunyai kecurigaan yang menyelidiki bahawa tenaga gelap mempunyai kaitan dengan tenaga yang terkunci dalam ruang hampa ruang masa itu sendiri. Tenaga ini berasal dari semua "bidang kuantum" yang menyerap alam semesta.
Dalam fizik kuantum moden, setiap jenis zarah terikat pada bidang tertentu. Bidang ini membasuh semua ruang masa, dan kadang-kadang bit bidang menjadi sangat teruja di tempat, menjadi zarah yang kita kenal dan suka - seperti elektron dan quark dan neutrino. Jadi semua elektron tergolong dalam bidang elektron, semua neutrinos tergolong dalam bidang neutrino, dan sebagainya. Interaksi bidang ini membentuk asas asas untuk pemahaman kita tentang dunia kuantum.
Dan tidak kira di mana anda pergi di alam semesta, anda tidak boleh melepaskan medan kuantum. Walaupun mereka tidak cukup bergetar di lokasi tertentu untuk membuat zarah, mereka masih ada, bergoyang dan bergetar dan melakukan perkara kuantum biasa mereka. Oleh itu, bidang kuantum ini mempunyai jumlah tenaga asas yang berkaitan dengannya, walaupun dalam vakum kosong kosong itu sendiri.
Jika kita mahu menggunakan tenaga kuantum eksotik ruang hampa ruang masa untuk menerangkan tenaga gelap, kita segera menghadapi masalah. Apabila kita melakukan beberapa pengiraan yang sangat sederhana, sangat naif tentang berapa banyak tenaga yang terdapat di dalam vakum kerana semua bidang kuantum, kita mempunyai bilangan yang kira-kira 120 pesanan magnitud yang lebih kuat daripada apa yang kita amati tenaga gelap. Whoops.
Sebaliknya, apabila kita mencuba beberapa pengiraan yang lebih canggih, kita berakhir dengan nombor yang sifar. Yang juga tidak sepadan dengan jumlah tenaga gelap yang diukur. Awak lagi.
Jadi tidak kira apa, kita mempunyai masa yang sukar untuk memahami tenaga gelap melalui bahasa tenaga vakum ruang masa (tenaga yang dicipta oleh bidang kuantum). Tetapi jika pengukuran kadar pengembangan ini adalah tepat dan tenaga gelap benar-benar berubah, maka ini akan memberi kita petunjuk kepada sifat bidang kuantum tersebut. Khususnya, jika tenaga gelap berubah, itu bermakna bidang kuantum sendiri telah berubah.
Musuh baru muncul
Dalam makalah baru-baru ini yang diterbitkan dalam talian dalam jurnal pra arXiv, ahli fizik teori Massimo Cerdonio di Universiti Padova telah mengira jumlah perubahan dalam bidang kuantum yang diperlukan untuk menjelaskan perubahan dalam tenaga gelap.
Sekiranya ada bidang kuantum baru yang bertanggungjawab untuk perubahan dalam tenaga gelap, ini bermakna terdapat zarah baru di luar alam semesta.
Dan jumlah perubahan dalam tenaga gelap yang dikira oleh Cerdonio memerlukan jisim zarah tertentu, yang ternyata lebih kurang sama dengan jisim jenis baru yang telah diramalkan: axion yang dipanggil. Ahli fizikal mencipta zarah teoretikal ini untuk menyelesaikan beberapa masalah dengan pemahaman kuantum kita tentang daya nuklear yang kuat.
Zarah ini mungkin muncul di alam semesta yang awal, tetapi telah "bersembunyi" di latar belakang sementara kuasa dan zarah lain mengawal arah alam semesta. Dan sekarang giliran axion ...
Walaupun begitu, kita tidak pernah mengesan axion, tetapi jika pengiraan ini betul, maka itu bermakna axion berada di luar sana, mengisi alam semesta dan medan kuantumnya. Juga, axion hipotetikal ini telah membuat sendiri kelihatan dengan mengubah jumlah tenaga gelap di alam semesta. Oleh itu, walaupun kita tidak pernah melihat zarah ini di makmal, ia telah mengubah alam semesta kita pada skala yang paling besar.
