Η σκοτεινή ενέργεια θα μπορούσε να είναι μια κατάρρευση της θεωρίας του Einstein

Πηγή: Princeton, 18 Μαίου 2005

Κοσμολόγοι από το Princeton επεξεργάζονται νέα πειράματα που θα μπορούσαν να βοηθήσουν ώστε να εξηγηθεί η φύση της σκοτεινής ενέργειας, μια μυστήρια δύναμη που επιταχύνει τη διαστολή του Κόσμου. Αυτή θα μπορούσε να είναι είτε μια άγνωστη μορφή ενέργειας, είτε θα μπορούσε να καταρρέει η Γενική Θεωρία της σχετικότητας του Einstein στις πολύ μεγάλες κλίμακες. Οι ερευνητές θα παρακολουθήσουν τον ρυθμό με τον οποίο αυξάνονται τα σμήνη των γαλαξιών με τον χρόνο. Εάν αυτή η αύξηση είναι συνεπής, αυτό θα σημάνει ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι εν δράσει. Διαφορετικά, θα μπορούσε να σημάνει προβλήματα με τις προβλέψεις του Einstein.

Κοσμολόγοι από το πανεπιστήμιο του Princeton ανήγγειλαν μια νέα μέθοδο για να καταλάβουν γιατί επιταχύνεται η διαστολή του σύμπαντος. Η προτεινόμενη τεχνική θα είναι σε θέση να καθορίσει εάν η κοσμική επιτάχυνση οφείλεται σε μια ακόμα άγνωστη μορφή σκοτεινής ενέργειας στον κόσμο ή εάν είναι η υπογραφή μιας διακοπής της θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας στις πολύ μεγάλες κλίμακες του σύμπαντος. Το αποτέλεσμα αυτό παρουσιάστηκε, από τον υπεύθυνο της έρευνας Mustapha Ishak-Boushaki στο πανεπιστήμιο Princeton στο Νιου Τζέρσεϋ, στην συνεδρίαση της Καναδικής Αστρονομικής Εταιρείας στο Μόντρεαλ.

"Η επιταχυνόμενη διαστολή του Κόσμου αποτελεί ένα από τα μεγάλα προβλήματα και αποτελεί πρόκληση για την αστροφυσική. Επιπλέον, συσχετίζεται με τα προβλήματα σε πολλούς άλλους τομείς της φυσικής. Η ερευνητική εργασία μας στρέφεται στον περιορισμό των διαφορετικών πιθανών αιτιών αυτής της επιτάχυνσης", λέει ο Ishak-Boushaki.

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων 8 ετών, διάφορες ανεξάρτητες αστρονομικές παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι η διαστολή του σύμπαντος έχει εισέλθει σε μια φάση επιτάχυνσης. Η ανακάλυψη αυτής της επιτάχυνσης αποτέλεσε έκπληξη στους αστροφυσικούς κύκλους, που ανέμεναν να μετρήσουν μια επιβράδυνση της διαστολής, η οποία θα οφειλόταν στη βαρυτική έλξη της συνηθισμένης ύλης στον κόσμο.

Προκειμένου να εξηγηθεί η κοσμική επιτάχυνση, οι θεωρητικοί κοσμολόγοι εισήγαγαν την έννοια ενός νέου ενεργειακού στοιχείου, που θα αποτελούσε τα δύο τρίτα ολόκληρης της ενεργειακής πυκνότητας του σύμπαντος και που θεωρείται βαρυτικά απωστική κι όχι ελκτική. Αυτό δε το συστατικό έχει αποκληθεί σκοτεινή ενέργεια του κενού.

Είναι όμως η σκοτεινή ενέργεια πραγματική; "Δεν ξέρουμε", σχολιάζει ο David Spergel από το Princeton. "Θα μπορούσε να είναι εξολοκλήρου μια νέα μορφή ενέργειας ή η παρατηρητική υπογραφή της αποτυχίας της θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας. Σε κάθε περίπτωση, η ύπαρξή της θα ασκήσει βαθιά επίδραση στον τρόπο που κατανοούμε το διάστημα και τον χρόνο. Ο στόχος μας είναι να είμαστε σε θέση να διακρίνουμε τις δύο παραπάνω περιπτώσεις".

Η απλούστερη περίπτωση της σκοτεινής ενέργειας είναι η κοσμολογική σταθερά, που ο Einstein εισήγαγε πριν 80 χρόνια προκειμένου να συμφιλιωθεί η θεωρία της Γενικής Σχετικότητάς του με την προκατάληψή του ότι το σύμπαν είναι στατικό. Και μερικά χρόνια αργότερα απέσυρε την κοσμολογική σταθερά όταν ανακαλύφθηκε η διαστολή του σύμπαντος. Η ανακάλυψη όμως της κοσμικής επιτάχυνσης έχει αναβιώσει τη συζήτηση για την κοσμολογική σταθερά σε ένα νέο πλαίσιο.

Μια άλλη πλήρως διαφορετική δυνατότητα είναι ότι η κοσμική επιτάχυνση είναι η υπογραφή μιας νέας θεωρίας της βαρύτητας, που εισέρχεται μόνο στις πολύ μεγάλες κλίμακες του σύμπαντος, και δεν είναι το προϊόν της σκοτεινής ενέργειας. Μερικά από τα πρόσφατα προταθείσα τροποποιημένα μοντέλα της βαρύτητας εμπνέονται από τη θεωρία υπερχορδών και τις πρόσθετες διαστάσεις.

Θα μπορούσαμε να διακρίνουμε ποιά θεωρία ισχύει μεταξύ αυτών των δύο δυνατοτήτων; Η προτεινόμενη διαδικασία δείχνει ότι η απάντηση είναι ναι.

Η γενική ιδέα είναι η ακόλουθη: Εάν η επιτάχυνση οφείλεται στη σκοτεινή ενέργεια τότε η ιστορία της διαστολής του σύμπαντος πρέπει να είναι σύμφωνη με το ρυθμό αύξησης των σμηνών των γαλαξιών. Αν υπάρχει απόκλιση από αυτήν την συνεπή άποψη τότε θα είχαμε την υπογραφή της κατάρρευσης της Γενικής Σχετικότητας στις πολύ μεγάλες κλίμακες του σύμπαντος. Η διαδικασία που προτείνεται υλοποιεί αυτήν την ιδέα συγκρίνοντας τους περιορισμούς για τη Σκοτεινή Ενέργεια από τους διαφορετικούς κοσμολογικούς ελέγχους. Επιτρέπει δε στους αστροφυσικούς να προσδιορίσουν με σαφήνεια οποιεσδήποτε ασυνέπειες.

Για παράδειγμα, εξετάστηκε σε αυτήν την μελέτη μια τροποποιημένη θεωρία βαρύτητας - που περιγράφει ένα σύμπαν 5 διαστάσεων - και αποδείχθηκε ότι η πειραματική διαδικασία των κοσμολόγων του Princeton μπορεί να προσδιορίσει την υπογραφή αυτής της θεωρίας. Είναι δε σημαντικό ότι αποδείχθηκε πως τα μελλοντικά αστρονομικά πειράματα μπορούν να διακρίνουν μεταξύ των τροποποιημένων θεωριών της βαρύτητας και των μοντέλων της σκοτεινής ενέργειας.