De ce universul se extinde într-un ritm accelerat, răspândind conținutul său pe dimensiuni tot mai mari de spațiu? O soluție originală la acest puzzle, cu siguranță cea mai fascinantă întrebare din cosmologia modernă, a fost propusă de patru fizicieni teoretici, Edward W. Kolb, de la Departamentul de Energie al SUA, Fermi National Accelerator Laboratory, Chicago (SUA): Sabino Matarrese de la Universitatea din Padova; Alessio Notari de la Universitatea din Montreal (Canada); și Antonio Riotto din INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) din Padova (Italia). Studiul lor a fost transmis ieri la revista Physical Review Letters.
De-a lungul ultimelor sute de ani, extinderea universului a fost subiect de discuții pasionale, implicând cele mai strălucitoare minți ale secolului. La fel ca contemporanii săi, Albert Einstein a crezut inițial că universul era static: că nici nu s-a extins și nici nu s-a redus. Când propria sa teorie a relativității generale a arătat clar că universul ar trebui să se extindă sau să se contracte, Einstein a ales să introducă un nou ingredient în teoria sa. „Constanta lui cosmologică” a reprezentat o densitate de masă a spațiului gol care a determinat universul să se extindă într-un ritm în continuă creștere.
Când în 1929, Edwin Hubble a dovedit că universul se extinde de fapt, Einstein și-a respins constanta cosmologică, numind-o „cea mai mare gafă a vieții mele”. Apoi, aproape un secol mai târziu, fizicienii au resuscitat constanta cosmologică într-o variantă numită energie întunecată. În 1998, observațiile unor supernovee foarte îndepărtate au demonstrat că universul se extinde într-un ritm accelerat. Această expansiune accelerată părea să fie explicabilă doar prin prezența unei noi componente a universului, o „energie întunecată”, reprezentând aproximativ 70 la sută din masa totală a universului. Dintre restul, aproximativ 25 la sută pare să fie sub forma unei alte componente misterioase, materia întunecată; în timp ce doar aproximativ 5 la sută cuprinde materie obișnuită, acei quark, protoni, neutroni și electroni din care suntem alcătuiți noi și galaxiile.
„Ipoteza energiei întunecate este extrem de fascinantă”, explică Antonio Riotto din Padova, „dar pe de altă parte reprezintă o problemă serioasă. Niciun model teoretic, nici măcar cel mai modern, cum ar fi supersimetria sau teoria coardelor, nu poate explica prezența acestei misterioase energii întunecate în cantitatea necesară de observațiile noastre. Dacă energia întunecată ar fi dimensiunea pe care o prezic teoriile, universul s-ar fi extins cu o viteză atât de fantastică încât ar fi împiedicat existența a tot ceea ce știm în cosmosul nostru. ”
Cantitatea necesară de energie întunecată este atât de dificil de reconciliat cu legile naturii cunoscute, încât fizicienii au propus tot felul de explicații exotice, inclusiv noi forțe, noi dimensiuni ale spațiu-timpului și noi particule elementare ultraligine. Cu toate acestea, noul raport nu propune niciun ingredient nou pentru univers, doar o realizare a faptului că accelerația actuală a universului este o consecință a modelului cosmologic standard pentru universul timpuriu: inflația.
„Soluția noastră la paradoxul prezentat de universul accelerat”, spune Riotto, „se bazează pe așa-numita teorie inflaționistă, născută în 1981. Conform acestei teorii, într-o fracțiune minusculă de secundă după Big Bang, universul a experimentat o expansiune incredibil de rapidă. Aceasta explică de ce universul nostru pare a fi foarte omogen. Recent, experimentele Boomerang și WMAP, care au măsurat fluctuațiile mici din radiațiile de fundal provenite de la Big Bang, au confirmat teoria inflaționistă.
Se crede că în timpul expansiunii inflaționiste de la începutul istoriei universului, s-au generat ondulări foarte mici în spațiu, așa cum a prezis teoria lui Einstein despre Relativitatea generală. Aceste ondulări au fost întinse de extinderea universului și se extind astăzi cu mult peste orizontul nostru cosmic, adică peste o regiune mult mai mare decât universul observabil, la o distanță de aproximativ 15 miliarde de ani lumină. În lucrarea lor curentă, autorii propun că evoluția acestor ondule cosmice crește expansiunea observată a universului și contabilizează accelerarea acestuia.
„Ne-am dat seama că trebuie să adăugați pur și simplu acest nou ingredient cheie, încremenirile de spațiu-timp generate în epoca inflației, la Relativitatea generală a lui Einstein pentru a explica de ce universul se accelerează astăzi”, spune Riotto. „Se pare că soluția puzzle-ului de accelerație implică universul dincolo de orizontul nostru cosmic. Nu este necesară o energie misterioasă și întunecată. ”
Kolb de Fermilab a numit propunerea autorilor explicația cea mai conservatoare pentru universul accelerat. "Nu necesită decât o contabilizare adecvată a efectelor fizice ale ondulărilor dincolo de orizontul nostru cosmic", a spus el.
Datele din experimentele viitoare vor permite cosmologilor să testeze propunerea. „Dacă Einstein a avut dreptate atunci când a introdus pentru prima dată constanta cosmologică sau dacă a avut dreptate atunci când a respins mai târziu ideea va fi în curând testat de o nouă rundă de observații cosmologice de precizie”, a spus Kolb. „Datele noi ne vor permite curând să distingem între explicația noastră pentru extinderea accelerată a universului și soluția de energie întunecată.”
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), institutul național de fizică nucleară din Italia, sprijină, coordonează și desfășoară cercetări științifice în fizica subnucleară, nucleară și astroparticulă și este implicat în dezvoltarea tehnologiilor relevante.
Fermilab, în Batavia, Illinois, SUA, este operat de Universities Research Association, Inc. pentru Departamentul de Știință al Energiei, care finanțează cercetări avansate în fizica particulelor și cosmologie.
Sursa originală: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
