Vil universet utvide seg for alltid eller til slutt kollapse i en liten flekk?
Et papir publisert i juni antydet uendelig utvidelse var umulig i henhold til en hovedfysikkteori - en formodning som gjorde store bølger i fysikkmiljøet.
"Folk blir veldig, slags emosjonelle over det, fordi hvis det er sant og oppdaget, ville det være spektakulært," sa Timm Wrase, en fysiker ved Wiens teknologiske universitet.
Nå har Wrase og kollegene publisert en egen studie som pirrer et stort hull i det argumentet, som betyr at et stadig voksende univers ikke kan utelukkes ennå.
Mørk energi og kosmisk ekspansjon
Universet vårt er gjennomsyret av en enorm, usett kraft som ser ut til å motsette seg tyngdekraften. Fysikere kaller denne kraften mørk energi, og det antas å stadig skyve universet vårt utover.
Men i juni publiserte en gruppe fysikere en artikkel i fortrykkstidsskriftet arXiv som antyder at mørk energi endrer seg over tid. Dette betyr at universet ikke vil utvide seg for alltid, men til slutt kan kollapse i størrelsen det var før Big Bang.
Nesten umiddelbart fant fysikere imidlertid problemer med teorien: Flere uavhengige grupper publiserte senere artikler som antydet revisjoner av formodningen. Nå antyder et papir som ble publisert 2. oktober i tidsskriftet Physical Review D, slik den fremstår, den opprinnelige formodningen ikke kan være sann fordi den ikke kan forklare eksistensen av Higgs boson - som vi vet eksisterer, takket være Large Hadron Collider, den enorme partikkelcollideren på grensen mellom Frankrike og Sveits.
Fortsatt, med litt teoretisk finjustering, kunne antagelsen av universets sammenheng fortsatt være levedyktig, fortalte Wrase, en medforfatter på det nye Physical Review D-papiret, til Live Science.
Hvordan forklarer vi alt som noen gang har eksistert?
Stringteori, noen ganger kalt teorien om alt, er et matematisk elegant, men eksperimentelt uprovokert rammeverk for å forene Einsteins teori om generell relativitet med kvantemekanikk. Strengteori antyder at alle partiklene som utgjør universet egentlig ikke er prikker, men endimensjonale strenger som vibrerer - og forskjellene i disse vibrasjonene gjør at vi kan se en partikkel som et foton og en annen som et elektron.
For at strengteori skal være en levedyktig forklaring for universet, må den imidlertid innlemme mørk energi.
Se for deg denne mørke energien som en ball i et landskap av fjell og daler som representerer mengden potensiell energi den har, sa Wrase. Hvis en ball står på toppen av fjellet, kan den være stille, men den kan rulle ned med den minste forstyrrelse, og dermed er den ustabil. Hvis ballen sitter i en dal, endrer den seg ikke eller beveger seg, har lite energi og bor i et stabilt univers, fordi selv et sterkt trykk ville få den til å rulle ned i dalen.
Strengteoretikere antok lenge at mørk energi er konstant og uforanderlig i universet. Med andre ord, den er samlet inn i dalene mellom fjell, ikke rulle fra fjelltoppene og dermed ikke endret seg gjennom tid, sa Wrase.
Men formodningen som ble lagt frem i juni antyder at landskapet ikke har noen fjell eller daler over havet for at strengteori skal fungere. (I denne forestillingen står universet vårt over havet) - som metaforisk markerer punktet der mørk energi begynner å enten trekke universet sammen eller skyve universet fra hverandre.)
Snarere er landskapet en svak skråning og ballen av mørk energi ruller stadig nedover. "Mens den ruller nedover blir den mørke energien mindre og mindre," sa Wrase. "Høyden på ballen tilsvarer mengden mørk energi i vårt univers."
I denne teorien kan mørk energi etter hvert komme til å komme seg under havoverflaten og begynne å trekke universet sammen igjen til sin før-Big-Bang form.
Men det er bare ett problem, sa Wrase.
"Vi har vist at slike ustabile fjelltopper må eksistere," sa han. Det er fordi vi vet at Higgs-partikkelen eksisterer. Og vi har eksperimentelt bevist at Higgs-partiklene kan eksistere på disse fjelltoppene eller "ustabile universene", og kan forstyrres med den minste berøring, sa han.
Vanskelighetsgrad med universers stabilitet
Cumrun Vafa, en strengteoretiker ved Harvard og seniorforfatter av formodningsoppgaven fra juni, fortalte Live Science i en e-post at faktisk den opprinnelige formodningen har "vanskeligheter med ustabile universer." Denne nye artikkelen og noen få andre viser dette problemet, la han til. Men det er flere artikler som foreslo små revisjoner av formodningen som fremdeles vil overholde de begrensningene Wrase og teamet hans foreslo, sa han.
Selv i den reviderte antakelsen, "ville vi ikke være i et stabilt univers, men ting ville endret seg," sa Wrase. Revisjonen sier at fjelltoppene kan eksistere, men stabile daler kan ikke, sa han. (Se for deg formen til en hestsadel). Ballen må til slutt begynne å rulle og mørk energi må endre seg i tid, la han til. Men "hvis formodningen er feil, kan den mørke energien være konstant, vi ville sitte i en dal mellom to fjell," og universet vil fortsette å ekspandere.
I løpet av 10 til 15 år håper han at satellitter som mer presist måler utvidelsen av universet kan hjelpe oss å forstå om mørk energi er konstant eller endrer seg eller ikke.
Vafa var enig. "Dette er spennende tider i kosmologien, og forhåpentligvis vil vi i løpet av de neste årene se eksperimentelle bevis for endringen av den mørke energien i vårt univers," sa han.
