Mengapa alam semesta mengembang dengan laju mempercepat, menyebarkan isinya ke dimensi ruang yang lebih besar? Penyelesaian asal untuk teka-teki ini, yang pastinya merupakan persoalan paling menarik dalam kosmologi moden, dikemukakan oleh empat ahli fizik teori, Edward W. Kolb dari Makmal Pemecut Nasional Fermi Jabatan Tenaga AS, Chicago (AS): Sabino Matarrese dari University of Padova; Alessio Notari dari Universiti Montreal (Kanada); dan Antonio Riotto dari INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) dari Padova (Itali). Kajian mereka diserahkan semalam ke jurnal Physical Review Letters.
Selama seratus tahun kebelakangan ini, pengembangan alam semesta menjadi topik perbincangan penuh minat, yang melibatkan minda paling cemerlang abad ini. Seperti orang-orang sezamannya, Albert Einstein pada mulanya berpendapat bahawa alam semesta itu statik: ia tidak berkembang atau menyusut. Ketika Teori Relativitas Umumnya sendiri dengan jelas menunjukkan bahawa alam semesta harus berkembang atau berkontrak, Einstein memilih untuk memasukkan bahan baru ke dalam teorinya. “Pemalar kosmologinya” mewakili kepadatan massa ruang kosong yang mendorong alam semesta berkembang dengan kadar yang semakin meningkat.
Ketika pada tahun 1929 Edwin Hubble membuktikan bahawa alam semesta sebenarnya berkembang, Einstein menolak pemalar kosmologinya, menyebutnya "kesalahan terbesar dalam hidup saya." Kemudian, hampir satu abad kemudian, ahli fizik menghidupkan semula pemalar kosmologi dalam varian yang disebut tenaga gelap. Pada tahun 1998, pengamatan supernova yang sangat jauh menunjukkan bahawa alam semesta berkembang dengan kadar yang semakin cepat. Pengembangan yang dipercepat ini sepertinya dapat dijelaskan hanya dengan adanya komponen baru dari alam semesta, "tenaga gelap", yang mewakili sekitar 70 persen dari jumlah jisim alam semesta. Selebihnya, kira-kira 25 peratus kelihatan dalam bentuk komponen misteri lain, bahan gelap; sementara hanya sekitar 5 peratus yang terdiri daripada jirim biasa, kuark, proton, neutron dan elektron yang terbuat dari kita dan galaksi.
"Hipotesis tenaga gelap sangat menarik," jelas Antonio Riotto Padova, "tetapi di sisi lain ia mewakili masalah serius. Tidak ada model teori, bahkan yang paling moden, seperti teori supersimetri atau tali, yang dapat menjelaskan kehadiran tenaga gelap misteri ini dalam jumlah yang diperlukan oleh pemerhatian kita. Sekiranya tenaga gelap adalah ukuran yang diprediksi oleh teori, alam semesta akan berkembang dengan kecepatan yang luar biasa sehingga ia dapat menghalang kewujudan semua yang kita tahu di alam semesta kita. "
Jumlah tenaga gelap yang diperlukan sangat sukar untuk disatukan dengan undang-undang alam yang diketahui sehingga ahli fizik telah mengusulkan segala macam penjelasan eksotik, termasuk kekuatan baru, dimensi ruang masa baru, dan zarah unsur ultralight baru. Walau bagaimanapun, laporan baru itu tidak mencadangkan bahan baru untuk alam semesta, hanya kesedaran bahawa pecutan alam semesta sekarang adalah akibat dari model kosmologi standard untuk alam semesta awal: inflasi.
"Penyelesaian kami terhadap paradoks yang diajukan oleh alam semesta yang mempercepat," kata Riotto, "bergantung pada teori inflasi yang disebut, lahir pada tahun 1981. Menurut teori ini, dalam pecahan kecil sesaat setelah Big Bang, alam semesta mengalami pengembangan yang sangat pesat. Ini menjelaskan mengapa alam semesta kita kelihatan sangat homogen. Baru-baru ini, eksperimen Boomerang dan WMAP, yang mengukur turun naik kecil pada sinaran latar yang berasal dari Big Bang, mengesahkan teori inflasi.
Dipercayai secara meluas bahawa semasa pengembangan inflasi pada awal sejarah alam semesta, riak sangat kecil dalam masa-masa dihasilkan, seperti yang diramalkan oleh teori Relativiti Umum Einstein. Riak-riak ini diperpanjang oleh pengembangan alam semesta dan meluas hari ini jauh di luar cakrawala kosmik kita, yang berada di wilayah yang jauh lebih besar daripada alam semesta yang dapat dilihat, jarak sekitar 15 bilion tahun cahaya. Dalam makalah mereka sekarang, penulis mencadangkan bahawa evolusi riak kosmik ini dapat meningkatkan pengembangan alam semesta yang diperhatikan dan mempercepat percepatannya.
"Kami menyedari bahawa anda hanya perlu menambahkan unsur utama baru ini, riak ruang masa yang dihasilkan semasa era inflasi, ke Relativiti Umum Einstein untuk menjelaskan mengapa alam semesta semakin cepat hari ini," kata Riotto. "Nampaknya penyelesaian teka-teki pecutan melibatkan alam semesta di luar cakrawala kosmik kita. Tidak diperlukan tenaga gelap misteri. "
Fermilab's Kolb menyebut cadangan penulis sebagai penjelasan yang paling konservatif untuk alam semesta yang mempercepat. "Ia hanya memerlukan perakaunan yang tepat mengenai kesan fizikal riak di luar cakrawala kosmik kita," katanya.
Data dari eksperimen yang akan datang akan memungkinkan ahli kosmologi menguji cadangan tersebut. "Sama ada Einstein betul ketika pertama kali memperkenalkan pemalar kosmologi, atau apakah dia benar ketika dia kemudian membantah idea itu akan segera diuji oleh satu pusingan baru pemerhatian kosmologi ketepatan," kata Kolb. "Data baru tidak lama lagi akan memungkinkan kita untuk membezakan antara penjelasan kita mengenai pengembangan alam semesta yang dipercepat dan penyelesaian tenaga gelap."
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), institusi fizik nuklear nasional Itali, menyokong, menyelaras dan menjalankan penyelidikan saintifik dalam fizik subnuklear, nuklear dan astropartikel dan terlibat dalam mengembangkan teknologi yang relevan.
Fermilab, di Batavia, Illinois, Amerika Syarikat, dikendalikan oleh Universities Research Association, Inc. untuk Jabatan Sains Jabatan Tenaga, yang membiayai penyelidikan lanjutan dalam fizik zarah dan kosmologi.
Sumber Asal: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
