Ar tamsioji energija išnyks iš fizikos? Naujas atradimas drebina pasaulį ()
Neseniai žurnale „Nature“ paskelbtame tyrime metamas iššūkis kosmologiniam principui – šiuolaikinės fizikos kertiniam akmeniui.
© recraft.ai (Free Tier Assets) | https://www.recraft.ai
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
47 milijonų galaktikų analizė iš DESI žemėlapio atskleidžia, kad kosmosas nėra vienodas dideliais masteliais, o sudaro milžiniškus siūlus, besidriekiančius per 3 milijardus šviesmečių. Tai 10 kartų daugiau nei manyta anksčiau.
Jei šios stulbinančios išvados bus patvirtintos, mokslininkai turės visiškai pakeisti standartinį Visatos modelį. Tai, be kita ko, galėtų panaikinti mįslingos tamsiosios energijos, kuri, remiantis dabartiniais skaičiavimais, sudaro net 68 procentus kosmoso, poreikį.
Šiuolaikinė kosmologija remiasi prielaida, kad pakankamai dideliu mastu Visata yra homogeniška ir atrodo vienoda visomis kryptimis. Nors gravitacija sukuria vietinius žvaigždžių ir galaktikų spiečių, milijardų šviesmečių atstumu šie nelygumai turėtų greitai išnykti, užleisdami vietą lygiai ir vienodai struktūrai.
Šią teoriją, be kita ko, patvirtina kosminės foninės spinduliuotės matavimai, tačiau vis daugiau nepriklausomų didžiulių tuštumų ir gigantiškų struktūrų stebėjimų pradeda prieštarauti šiam tradiciniam požiūriui.
Birželį žurnale „Nature“ paskelbtas naujas tyrimas meta iššūkį šiam pagrindiniam šiuolaikinės kosmologijos principui. Mokslininkai teigia, kad Visata, milžiniškais masteliais, nėra lygi ir vienoda, kaip manyta anksčiau, o veikiau primena didžiulę susipynusių gijų struktūrą. Jei šios išvados bus patvirtintos, fizikai turės perrašyti kosminės evoliucijos vadovėlius.
|
Dabartinis kosmologinis modelis (vadinamasis lambda-CDM modelis) pagrįstas kosmologiniu principu. Jis daro prielaidą, kad pakankamai dideliu mastu Visata yra homogeniška (iš esmės visur vienoda) ir izotropinė (vienoda visomis kryptimis). Nors žvaigždžių ir galaktikų spiečių matome iš arti, iš labai toli, kosmosas turėtų atrodyti neryškus ir vienodas – panašiai kaip pikseliai sukuria sklandų vaizdą tolstant nuo ekrano.
Anksčiau manyta, kad ši vienodumo riba yra maždaug 100 megaparsekų (apie 300 milijonų šviesmečių) atstumu. Tačiau Italijos ir Naujosios Zelandijos tyrėjai Francesco Sylos Labini ir Marco Galoppo parodė, kad organizuotos, „siūlinės“ ir „gijinės“ galaktikų struktūros tęsiasi iki 1 gigaparseko atstumo – net 3 milijardų šviesmečių. Tai gerokai daugiau nei standartinių modelių modeliavimo prognozės.
Naujausi galaktikų pasiskirstymo žemėlapių tyrimai pateikia tiesioginių įrodymų, kad tariamas kosmoso vienodumas gali būti iliuzija. Aptiktos kryptinės anomalijos gerokai viršija standartinius modeliavimo modelius, mesdamos iššūkį pagrindinėms prielaidoms apie didelio masto kosmoso izotropiją ir priversdamos tyrėjus permąstyti tikrąją mūsų Visatos struktūrą.
Tyrėjai priėjo prie šių išvadų naudodami naują statistinį įrankį, vadinamą porinių atstumų kampiniu pasiskirstymu (ADPD). Šis įrankis analizuoja ne tik atstumus tarp galaktikų, bet ir jų kampus. Duomenys gauti iš trimačio žemėlapio, sukurto tamsiosios energijos spektroskopiniu prietaisu (DESI), apimančiu 47 milijonus galaktikų.
Homogeninėje visatoje šios kryptys turėtų būti visiškai atsitiktinės. Vietoj to, analizė atskleidė aiškias kryptines koreliacijas, kurių konservatyvus statistinio reikšmingumo lygis yra didesnis nei 3σ (standartiniai nuokrypiai). Tai reiškia, kad tikimybė, jog rezultatas yra atsitiktinumas, yra tik apie 0,3 procento. Tai pateikia tiesioginių įrodymų, kad kryptinis koherencija išlieka daug didesniais atstumais, nei šiuo metu mano vyraujanti teorija.
Šio atradimo pasekmės suskaldė mokslo bendruomenę. Kai kurie tyrėjai entuziastingai vertina rezultatus, matydami juos kaip galimybę išspręsti kitas kosmoso paslaptis. „Tai rimta. Jei yra tikras prieštaravimas tarp to, ko tikitės, ir to, ką atrandate, tai būtų pažanga, ar ne?“ – komentavo Subiras Sarkaras iš Oksfordo universiteto.
Kosmologinis principas teigia, kad pakankamai dideliu mastu Visata yra homogeniška ir izotropinė. Nors plika akimi matome netaisyklingus žvaigždžių ir galaktikų spiečių, fizikai iki šiol manė, kad vidutinis kosmosas tampa lygus. Ši koncepcija yra standartinio lambda-CDM modelio, teigiančio, kad Visatą sudaro 5 procentai įprastos materijos, 27 procentai nematomos tamsiosios materijos ir 68 procentai tamsiosios energijos, pagrindas.
Standartinis modelis aprašo, kaip gravitacija suformavo šiandieninį kosminį tinklą iš pirmykščių tankio svyravimų, kurie buvo greitai ištempti ir išlyginti dėl infliacijos praėjus vos sekundės daliai po Didžiojo sprogimo.
Kad šis scenarijus atitiktų Alberto Einšteino bendrąją reliatyvumo teoriją, mokslininkai turi remtis kosmologiniu principu. Glennas Starkmanas, teorinės fizikos specialistas iš Case Western Reserve universiteto, žurnalo „Science“ komentare aiškina, kad matematiniam Visatos evoliucijos aprašymui paprastai reikia išspręsti 10 tarpusavyje susijusių Einšteino lygčių.
Darant prielaidą, kad kosmosas yra homogeniškas, ši sudėtinga mįslė supaprastėja iki dviejų lygčių, todėl lambda-CDM modelis tampa apskaičiuojamas. Tačiau šio supaprastinimo kaina yra griežta prielaida, kad erdvėlaikis išlieka lygus ir plokščias, ir kad Visata tam tikru momentu turi atrodyti vienoda. O remiantis naujausiu atradimu, taip nėra.
Šie rezultatai nenustebino Thomaso Bucherto, kosmologo iš École Normale Supérieure de Lyon (ENS). Jis mano, kad standartinis lambda-CDM modelis yra prieštaringas pats sau, nes visiškai ignoruoja faktą, kad didžiulis kosminis materijos ir galaktikų tinklas pats iškreipia erdvėlaikio audinį. Jis teigia, kad šis gravitacinis grįžtamasis ryšys galėtų paaiškinti spartėjantį Visatos plėtimąsi, nereikalaujant įvesti paslaptingos tamsiosios energijos sąvokos. „Nesu nustebęs“, – priduria jis.
Davidas Spergelis iš „Flatiron“ instituto laikosi visiškai kitokios nuomonės ir į šias revoliucines išvadas žiūri gana skeptiškai. Kosmologas teigia, kad jei milijardų šviesmečių skersmens struktūros iš tikrųjų egzistuotų, jų didžiulė gravitacija būtų gerokai iškraipiusi kosminę foninę spinduliuotę (KGS) – Didžiojo sprogimo likusį pošvytį. Tačiau iki šiol atlikti palydoviniai stebėjimai nieko panašaus neatskleidė.
Tačiau Subiras Sarkaras nepasiduoda ir meta iššūkį kritikams, sakydamas, kad jei naujosios teorijos priešininkai nori panaudoti foninę spinduliuotę jai paneigti, „jie turėtų tai padaryti“.
Viskas rodo, kad diskusijos susiveda į klausimą, ar kosmologinis principas yra fundamentali tiesa apie gamtą, ar tik patogus supaprastinimas. Svarbu prisiminti, kad, kaip ir kitos teorijos, ši yra falsifikuojama, tai reiškia, kad ją galima paneigti naujais įrodymais – juk būtent tuo ir yra mokslas. „Kosmologinio principo negalima akivaizdžiai pažeisti. Bet tai nereiškia, kad jis tiesa“, – daro išvadą Glennas Starkmanas.
