Teoria multiversului, care afirmă că poate exista mai multe sau chiar un număr infinit de Universuri, este un concept onorat în timp în cosmologie și fizică teoretică. În timp ce termenul se întoarce la sfârșitul secolului al XIX-lea, baza științifică a acestei teorii a apărut din fizica cuantică și din studiul forțelor cosmologice precum găurile negre, singularitățile și problemele aparute din teoria Big Bang.
Una dintre cele mai arzătoare întrebări când vine vorba de această teorie este dacă viața ar putea exista sau nu în mai multe Universuri. Dacă într-adevăr legile fizicii se schimbă de la un Univers la altul, ce ar putea însemna acest lucru pentru viața în sine? Conform unei noi serii de studii realizate de o echipă de cercetători internaționali, este posibil ca viața să fie comună pe întregul Multivers (dacă există de fapt).
Studiile, intitulate „Impactul energiei întunecate asupra formării galaxiei. Ce ține viitorul Universului nostru? ” și „Eficiența formării de galaxii și explicația multiversă a constantei cosmologice cu simulări EAGLE”, apărute recent în Avize lunare ale Royal Astronomical Society. Fostul studiu a fost condus de Jaime Salcido, un student postuniversitar la Universitatea Durham
Acesta din urmă a fost condus de Luke Barnes, un John Templeton Research Fellow de la Universitatea din Sydney Sydney Institute for Astronomy. Ambele echipe au inclus membri de la Centrul Internațional pentru Cercetări Radio Astronomie al Universității din Australia de Vest, Institutul de Cercetare în Astrofizică a Universității John John Moores și Observatorul Leiden al Universității Leiden.
Împreună, echipa de cercetare a căutat să stabilească modul în care expansiunea accelerată a cosmosului ar fi putut influența rata formării de stele și galaxii în Universul nostru. Această rată de accelerare a expansiunii, care este o parte integrantă a modelului de cosmologie Lambda-rece întuneric (Lambda-CDM) a apărut din problemele prezentate de Teoria relativității generale a lui Einstein.
Ca urmare a ecuațiilor de teren ale lui Einstein, fizicianul a înțeles că Universul va fi fie într-o stare de expansiune, fie de contracție de la Big Bang. În 1919, Einstein a răspuns propunând „Constanta cosmologică” (reprezentată de Lambda), care era o forță care „reținea” efectele gravitației și astfel asigura că Universul este static și neschimbat.
La scurt timp după aceea, Einstein a retras această propunere când Edwin Hubble a dezvăluit (pe baza măsurătorilor redshift ale altor galaxii) că Universul era într-adevăr într-o stare de expansiune. Aparent, Einstein a mers până să declare Constanta Cosmologică „cea mai mare gafă” a carierei sale ca urmare. Cu toate acestea, cercetările asupra expansiunii cosmologice de la sfârșitul anilor 90 au determinat reevaluarea teoriei sale.
Pe scurt, studii în curs de desfășurare a Universului pe scară largă au relevat că în ultimii 5 miliarde de ani, expansiunea cosmică s-a accelerat. Ca atare, astronomii au început să ipoteze existența unei forțe misterioase, invizibile, care conduce această accelerație. Cunoscută popular sub denumirea de „Energie întunecată”, această forță mai este denumită și Constanța cosmologică (CC), deoarece este responsabilă de contra-efectul gravitației.
De atunci, astrofizicienii și cosmologii au căutat să înțeleagă modul în care Energia Întunecată ar fi putut efectua evoluția cosmică. Aceasta este o problemă, deoarece modelele noastre cosmologice actuale prezic că trebuie să existe mai multă energie întunecată în Universul nostru decât s-a observat. Cu toate acestea, contabilizarea unor cantități mai mari de energie întunecată ar provoca o expansiune atât de rapidă încât ar dilua materia înainte de a se forma orice stele, planete sau viață.
Pentru primul studiu, Salcido și echipa au căutat, prin urmare, să stabilească modul în care prezența mai multor Energie Întunecate ar putea afecta rata formării stelelor în Universul nostru. Pentru a face acest lucru, au efectuat simulări hidrodinamice folosind proiectul EAGLE (Evolution and Assembly of GaLaxies and Environments) - una dintre cele mai realiste simulări ale Universului observat.
Folosind aceste simulări, echipa a luat în considerare efectele pe care Dark Energy (la valoarea observată) le-ar avea asupra formării stelelor în ultimii 13,8 miliarde de ani și în viitor 13,8 miliarde de ani în viitor. Din aceasta, echipa a dezvoltat un model analitic simplu care a indicat faptul că Energia Întunecată - în ciuda diferenței de viteză de expansiune cosmică - va avea un impact neglijabil asupra formării stelelor în Univers.
Au mai arătat că impactul Lambda devine semnificativ numai atunci când Universul a produs deja cea mai mare parte a masei sale stelare și determină doar scăderea densității totale a formării stelelor cu aproximativ 15%. După cum a explicat Salcido într-un comunicat de presă al Universității Durham:
„Pentru mulți fizicieni, cantitatea inexplicabilă, dar aparent specială de energie întunecată din Universul nostru este un puzzle frustrant. Simulările noastre arată că, chiar dacă ar exista mult mai multă energie întunecată sau chiar foarte puțină în Univers, atunci aceasta ar avea doar un efect minim asupra formării stelelor și a planetei, ridicând perspectiva existenței vieții pe întregul Multivers. "
Pentru cel de-al doilea studiu, echipa a utilizat aceeași simulare din colaborarea EAGLE pentru a investiga efectul diferitelor grade ale CC asupra formării asupra galaxiilor și stelelor. Aceasta a constat în simularea Universelor care au valori Lambda cuprinse între 0 și 300 de ori mai mult decât valoarea actuală observată în Universul nostru.
Cu toate acestea, din moment ce rata de formare a stelelor Universului a atins aproximativ 3,5 miliarde de ani înainte de debutul accelerării expansiunii (aproximativ 8,5 miliarde de ani în urmă și 5,3 miliarde de ani după Big Bang), creșterile CC au avut doar un efect mic asupra ratei. de formare a stelelor.
Luate împreună, aceste simulări au indicat că într-un Multiverse, în care legile fizicii pot diferi mult, efectele expansiunii accelerate cosmice cu energie mai întunecată nu ar avea un impact semnificativ asupra ratelor de formare a stelelor sau galaxiei. La rândul său, acest lucru indică faptul că celelalte Universuri din Multivers ar fi la fel de locuibile ca ale noastre, cel puțin în teorie. După cum a explicat Dr. Barnes:
„Multiversul a fost gândit anterior să explice valoarea observată a energiei întunecate ca loterie - avem un bilet norocos și trăim în Universul care formează galaxii frumoase care permit viața așa cum o cunoaștem. Munca noastră arată că biletul nostru pare puțin prea norocos, ca să zic așa. Este mai special decât trebuie să fie pentru viață. Aceasta este o problemă pentru Multiverse; rămâne un puzzle ”.
Cu toate acestea, studiile echipei pun la îndoială și capacitatea Teoriei Multiversului de a explica valoarea observată a Energiei Întunecate în Universul nostru. Conform cercetărilor lor, dacă trăim într-un Multivers, am observa de 50 de ori mai multă energie întunecată decât ceea ce suntem. Deși rezultatele lor nu exclud posibilitatea Multiversului, cantitatea mică de energie întunecată pe care am observat-o ar fi explicată mai bine prin prezența unei legi a naturii, încă nedescoperite.
Așa cum a explicat profesorul Richard Bower, membru al Institutului pentru Cosmologie Calculațională al Universității Durham și co-autor în lucrare:
„Formarea stelelor într-un univers este o luptă între atracția gravitației și repulsia energiei întunecate. În simulările noastre am descoperit că Universele cu mult mai multă energie întunecată decât ale noastre pot forma fericite stele. Deci, de ce o cantitate îngrozitoare de energie întunecată în Universul nostru? Cred că ar trebui să căutăm o nouă lege a fizicii care să explice această proprietate ciudată a Universului nostru, iar teoria Multiversului face puțin pentru a salva disconfortul fizicienilor. "
Aceste studii sunt în timp util, deoarece se bazează pe teoria finală a lui Stephen Hawking, care pun la îndoială existența Multiversului și au propus în schimb un Univers finit și rezonabil. Practic, toate cele trei studii indică faptul că dezbaterea dacă trăim sau nu într-un Multivers și rolul Energiei Întunecate în evoluția cosmică este departe de a se termina. Dar putem aștepta cu nerăbdare misiunile de generație viitoare care să ofere câteva indicii utile în viitor.
Acestea includ Telescopul spațial James Webb (JWST), Telescop de sondaj cu infraroșu larg (WFIRST) și observatorii la sol, cum ar fi Pătrat de kilometri pătrați (SKA). Pe lângă studierea exoplanetelor și obiectelor din Sistemul nostru solar, aceste misiuni vor fi dedicate studierii cum s-au format primele stele și galaxii și determinarea rolului jucat de Energia Întunecată.
Ba mai mult, se așteaptă ca toate aceste misiuni să strângă prima lumină cândva în anii 2020. Așa că rămâi la curent, pentru că mai multe informații - cu implicații cosmologice - vor ajunge în doar câțiva ani!
