Είναι η σκοτεινή ενέργεια μια ψευδαίσθηση;
Τα τελευταία 20 χρόνια, οι φυσικοί γνώριζαν ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται, σαν κάποια παράξενη «σκοτεινή ενέργεια» να ανατινάζει το διάστημα σαν μπαλόνι. Στην πραγματικότητα, το καλά δοκιμασμένο πρότυπο μοντέλο των κοσμολόγων υποθέτει ότι το 69% του περιεχομένου του σύμπαντος είναι σκοτεινή ενέργεια. Ωστόσο, μπορεί να μην υπάρχει ανάγκη για τα μυστηριώδη πράγματα, ισχυρίζεται μια ομάδα θεωρητικών. Αντίθετα, υποστηρίζουν οι ερευνητές, η επιτάχυνση του σύμπαντος θα μπορούσε να οφείλεται σε παραλλαγές ή ανομοιογένειες στην πυκνότητά του. Αν ναι, τότε ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια στη φυσική θα μπορούσε να εξηγηθεί με τίποτα άλλο από τη γνωστή γενική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Ωστόσο, άλλοι ερευνητές είναι δύσπιστοι.
«Αν είναι σωστό, κάποιος θα πρέπει να πάρει πίσω τα βραβεία Νόμπελ» που απονεμήθηκαν το 2011 για την ανακάλυψη της επιταχυνόμενης διαστολής του σύμπαντος, λέει ο Nick Kaiser, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Χαβάης στη Χονολουλού. Ο Tom Giblin, ένας υπολογιστικός κοσμολόγος στο Kenyon College στο Gambier του Οχάιο, ο οποίος έχει εργαστεί σε μια παρόμοια ανάλυση, λέει:«Θα μου άρεσε αν οι ανομοιογένειες εξηγούσαν τη σκοτεινή ενέργεια». Ωστόσο, λέει, "Δεν βλέπω κανένα στοιχείο από τις προσομοιώσεις μας για να περιμένω ότι θα έχει τόσο μεγάλο αποτέλεσμα όσο βλέπουν εδώ."
Το θέμα είναι ο τρόπος με τον οποίο οι κοσμολόγοι υπολογίζουν πώς εξελίχθηκε το σύμπαν τα τελευταία 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Σε γενικές γραμμές, βασίζονται σε δύο εξισώσεις. Το ένα περιγράφει πώς η ύλη συγχωνεύεται σε γαλαξίες και σμήνη γαλαξιών. Η άλλη, γνωστή ως μέτρηση Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW), προέρχεται από τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν ή τη γενική σχετικότητα, και οι επιστήμονες τη χρησιμοποιούν για να υπολογίσουν πόσο έχει διασταλεί το σύμπαν ανά πάσα στιγμή. Σε κάθε βήμα στο χρόνο σε μια προσομοίωση, το πρόγραμμα των κοσμολόγων χρησιμοποιεί τη μέτρηση FLRW για να υπολογίσει τον «συντελεστή κλίμακας», ο οποίος καθορίζει πόσο έχει αναπτυχθεί το σύμπαν. Στη συνέχεια, το πρόγραμμα χρησιμοποιεί τον παράγοντα κλίμακας ως είσοδο για να υπολογίσει πώς προχωρά ο σχηματισμός γαλαξιών και σμηνών σε αυτό το βήμα.
Αυστηρά μιλώντας, ωστόσο, η εξίσωση FLRW ισχύει για ένα ομαλό και ομοιογενές σύμπαν. Έτσι, για να υπολογίσουν τον παράγοντα κλίμακας σε κάθε βήμα, οι κοσμολόγοι υποθέτουν συνήθως ότι το σύμπαν είναι ομαλό και χρησιμοποιούν τη μέση πυκνότητά του -που καθορίζεται από την προσομοίωση- ως είσοδο της μέτρησης FLRW. Αυτό είναι λίγο ζοφερό, γιατί η γενική σχετικότητα λέει ότι η μάζα και η ενέργεια παραμορφώνουν τον χωροχρόνο. Ως αποτέλεσμα, το διάστημα θα πρέπει να επεκτείνεται ταχύτερα σε πιο άδειες περιοχές και πιο αργά σε πολυσύχναστες περιοχές, όπου η βαρύτητα των γαλαξιών έλκεται ενάντια στην επέκταση. Έτσι, κατ' αρχήν, οι ανομοιογένειες στο σύμπαν μπορούν να ανατροφοδοτήσουν μέσω της δυναμικής και να επηρεάσουν τη διαστολή του σύμπαντος.
Οι Gábor Rácz και László Dobos, αστροφυσικοί στο Πανεπιστήμιο Eötvös Loránd στη Βουδαπέστη, και οι συνάδελφοί τους ξεκίνησαν να συλλάβουν αυτή την «αντίδραση». Προσομοίωσαν έναν κύβο διαστήματος μεγέθους 480 εκατομμυρίων ετών φωτός κατά μήκος κάθε πλευράς. Αντί να χρησιμοποιήσουν τη μέτρηση FLRW για να υπολογίσουν σε κάθε χρονικό βήμα έναν ενιαίο συντελεστή κλίμακας για ολόκληρο τον κύβο, έσπασαν τον κύβο σε 1 εκατομμύριο μίνι σύμπαντα και στη συνέχεια χρησιμοποίησαν την εξίσωση για να υπολογίσουν τον παράγοντα κλίμακας σε καθένα από αυτά. "Υποθέτουμε ότι κάθε περιοχή του σύμπαντος καθορίζει τον ρυθμό διαστολής της", λέει ο Dobos. Στη συνέχεια, οι ερευνητές υπολόγισαν τον μέσο όρο των πολλών παραγόντων κλίμακας, ο οποίος μπορεί να διαφέρει από τον παράγοντα κλίμακας που υπολογίζεται από τη μέση πυκνότητα.
Το εικονικό σύμπαν της ομάδας εξελίχθηκε πολύ όπως το πραγματικό, με την επέκτασή του να επιταχύνεται τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό συνέβη ακόμη και χωρίς την προσθήκη σκοτεινής ενέργειας που εκτείνεται στο διάστημα στην προσομοίωση, αναφέρουν οι ερευνητές σε μια δημοσίευση που δημοσιεύτηκε στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι μπορεί να είναι δυνατό να εξηγηθεί η σκοτεινή ενέργεια ως ψευδαίσθηση, λέει ο Dobos.
Άλλοι είναι προσεκτικοί. Ο Giblin σημειώνει ότι η προσομοίωση που έκανε ο ίδιος και οι συνάδελφοί του διαφέρει από τη νέα. Το νέο έργο παρακολουθεί την εξέλιξη του σύμπαντος σε λεπτότερες χωρικές κλίμακες, αλλά περιλαμβάνει ορισμένες υποθέσεις και προσεγγίσεις, λέει. Παρά τις διαφορές, λέει ο Giblin, η εργασία του υποδηλώνει ότι η αντίστροφη αντίδραση θα άλλαζε τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος κατά λιγότερο από ένα τοις εκατό, ενώ η νέα προσομοίωση προτείνει ένα αποτέλεσμα άνω του 20%.
Ο Κάιζερ αναμένει επίσης ότι οι επιπτώσεις της ανομοιογένειας θα είναι μικρές. Σημειώνει ότι η καλύτερη απόδειξη για την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος προέρχεται από τη μέτρηση των αποστάσεων και των ηλικιών των αστρικών εκρήξεων γνωστών ως σουπερνόβα τύπου 1α στο σχετικά κοντινό σύμπαν. Ωστόσο, στο τοπικό σύμπαν, η απλή Νευτώνεια βαρύτητα θα πρέπει να λειτουργεί αρκετά καλά. Αυτό υποδηλώνει ότι η διαφορά στον τρόπο με τον οποίο καθορίζεται ο παράγοντας κλίμακας σε μια σχετικιστική θεωρία δεν πρέπει να ασκεί μεγάλη επίδραση. "Αν έχουν δίκιο, συμβαίνει κάτι πολύ αστείο", λέει.
Ωστόσο, οι ειδικοί λένε ότι είναι λογικό να διερευνηθεί η αντίδραση. «Θα έλεγα ότι αυτό είναι πλέον μέρος της επικρατούσας τάσης, καθώς οι άνθρωποι θέλουν να υπολογίσουν το μέγεθος αυτού του αποτελέσματος», λέει ο Thomas Buchert, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Λυών στη Γαλλία, ο οποίος πρωτοστάτησε στο θέμα τη δεκαετία του 1990. Ο Giblin σημειώνει «η κυρίαρχη κοσμολογία έχει κάνει τόσο κακή δουλειά στην επίλυση του προβλήματος της σκοτεινής ενέργειας που πιθανότατα θα είναι κάποια μη κυρίαρχη ιδέα όπως αυτή». Αλλά, προσθέτει, "Δεν ξέρω αν είναι αυτό."
