Hvorfor utvider universet seg med en akselererende hastighet og sprer innholdet over stadig større romdimensjoner? En original løsning på dette puslespillet, absolutt det mest fascinerende spørsmålet i moderne kosmologi, ble fremmet av fire teoretiske fysikere, Edward W. Kolb fra det amerikanske energidepartementets Fermi National Accelerator Laboratory, Chicago (USA): Sabino Matarrese fra University of Padova; Alessio Notari fra University of Montreal (Canada); og Antonio Riotto fra INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) av Padova (Italia). Studien deres ble forelagt i går til tidsskriftet Physical Review Letters.
I løpet av de siste hundre årene har utvidelsen av universet vært gjenstand for lidenskapelig diskusjon, og engasjert århundrets mest strålende sinn. I likhet med sine samtidige mente Albert Einstein opprinnelig at universet var statisk: at det verken ekspanderte eller krympet. Da hans egen teori om generell relativitet tydelig viste at universet skulle utvide eller trekke seg sammen, valgte Einstein å introdusere en ny ingrediens i teorien. Hans “kosmologiske konstant” representerte en massetetthet av tomt rom som drev universet til å ekspandere i stadig større grad.
Da Edwin Hubble i 1929 beviste at universet faktisk utvider seg, avvist Einstein sin kosmologiske konstant og kalte det ”den største bommerten i livet mitt.” Så, nesten et århundre senere, gjenoppsto fysikere den kosmologiske konstanten i en variant kalt mørk energi. I 1998 demonstrerte observasjoner av veldig fjerne supernovaer at universet utvider seg med en akselererende hastighet. Denne akselererende ekspansjonen så ut til å være ekspliserbar bare ved tilstedeværelsen av en ny komponent i universet, en "mørk energi", som representerte rundt 70 prosent av universets totale masse. Av resten ser omtrent 25 prosent ut til å være i form av en annen mystisk komponent, mørk materie; mens bare rundt 5 prosent består av vanlig materie, er de kvarkene, protonene, nøytronene og elektronene som vi og galaksene er laget av.
"Hypotesen om mørk energi er ekstremt fascinerende," forklarer Padovas Antonio Riotto, "men på den annen side representerer den et alvorlig problem. Ingen teoretisk modell, ikke engang den mest moderne, for eksempel supersymmetri eller strengteori, er i stand til å forklare tilstedeværelsen av denne mystiske mørke energien i den mengden våre observasjoner krever. Hvis mørk energi var den størrelsen som teoriene forutsier, ville universet utvidet seg med en så fantastisk hastighet at det ville ha forhindret eksistensen av alt vi vet i kosmos. "
Den nødvendige mengden mørk energi er så vanskelig å forene med de kjente naturlovene at fysikere har foreslått alle slags eksotiske forklaringer, inkludert nye krefter, nye dimensjoner av romtid og nye ultralette elementære partikler. Den nye rapporten foreslår imidlertid ingen ny ingrediens for universet, bare en erkjennelse av at den nåværende akselerasjonen av universet er en konsekvens av den standard kosmologiske modellen for det tidlige universet: inflasjon.
"Vår løsning på paradokset fra det akselererende universet," sier Riotto, "er avhengig av den såkalte inflasjonsteorien, født i 1981. I følge denne teorien opplevde universet i løpet av et lite sekund etter Big Bang en utrolig rask ekspansjon. Dette forklarer hvorfor universet vårt ser ut til å være veldig homogent. Nylig bekreftet Boomerang- og WMAP-eksperimentene, som målte de små svingningene i bakgrunnsstrålingen som stammet fra Big Bang, inflasjonsteorien.
Det antas mye at under inflasjonsutvidelsen tidlig i universets historie ble det generert veldig bittesmå krusninger i romtiden, som forutsagt av Einsteins teori om generell relativitet. Disse krusningene ble strukket av utvidelsen av universet og strekker seg i dag langt utenfor vår kosmiske horisont, det vil si over et område som er mye større enn det observerbare universet, en avstand på omtrent 15 milliarder lysår. I sin nåværende artikkel foreslår forfatterne at det er utviklingen av disse kosmiske krusningene som øker den observerte utvidelsen av universet og gjør rede for dets akselerasjon.
"Vi innså at du ganske enkelt trenger å legge til denne nye nøkkelingrediensen, krusningene av romtiden som ble generert under inflasjonsepoken, til Einsteins generelle relativitet for å forklare hvorfor universet akselererer i dag," sier Riotto. ”Det ser ut til at løsningen på akselerasjonspuslespillet involverer universet utenfor vår kosmiske horisont. Ingen mystisk mørk energi er nødvendig. ”
Fermilabs Kolb kalte forfatternes forslag for den mest konservative forklaringen på det akselererende universet. "Det krever bare en skikkelig redegjørelse for de fysiske effektene av krusningene utenfor vår kosmiske horisont," sa han.
Data fra kommende eksperimenter vil tillate kosmologer å teste forslaget. "Enten Einstein hadde rett da han først introduserte den kosmologiske konstanten, eller om han hadde rett da han senere tilbakeviste ideen, vil snart bli testet av en ny runde med presisjons kosmologiske observasjoner," sa Kolb. "Nye data vil snart tillate oss å skille mellom vår forklaring på den akselererte ekspansjonen av universet og den mørke energiløsningen."
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), Italias nasjonale kjernefysiske institutt, støtter, koordinerer og utfører vitenskapelig forskning innen subnukleær, kjernefysisk og astropartikkel fysikk og er involvert i å utvikle relevante teknologier.
Fermilab, i Batavia, Illinois, USA, drives av Universities Research Association, Inc. for Department of Energy's Office of Science, som finansierer avansert forskning innen partikkelfysikk og kosmologi.
Originalkilde: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
