У физици постоји основни проблем.
Један број, назван космолошка константа, премошћује микроскопски свет квантне механике и макроскопски свет Еинстеинове теорије опште релативности. Али ни једна теорија се не може сложити око његове вредности.
У ствари, постоји тако велика разлика између посматране вредности ове константе и онога што теорија предвиђа да се широко сматра најгорим предвиђањем у историји физике. Решавање одступања можда је најважнији циљ теоријске физике овог века.
Луцас Ломбрисер, доцент теоријске физике на Универзитету у Женеви у Швајцарској, увео је нов начин оцењивања Алберт Еинстеинових једнаџби гравитације како би се пронашла вредност за космолошку константу која се поклапа с његовом проматраном вредношћу. Он је свој метод објавио на мрежи у броју за часопис „Пхисицс Леттерс Б.“ од 10. октобра.
Како је Еинстеинова највећа грешка постала тамна енергија
Прича о космолошкој константи почела је пре више од једног века када је Ајнштајн представио скуп једначина, данас познат као Ајнштајнова једначина, који је постао оквир његове теорије опште релативности. Једнаџбе објашњавају како материја и енергија прекривају тканину простора и времена да би створили силу гравитације. У то време су се Аинстеин и астрономи сложили да је свемир фиксиран у величини и да се целокупни простор између галаксија није променио. Међутим, када је Ајнштајн применио општу релативност на универзум у целини, његова теорија је предвиђала нестабилан свемир који ће се или проширити или уговарати. Да би универзум био статичан, Ајнштајн се борио за космолошку константу.
Скоро деценију касније, други физичар, Едвин Хуббле, открио је да наш свемир није статичан, већ се шири. Светлост из далеких галаксија показала је да се све удаљавају једна од друге. Ово откриће је наговорило Ајнштајна да напусти космолошку константу из својих пољских једначина, јер више није било потребно објашњавати свемир који се шири. Према физичкој науци, Еинстеин је касније признао да му је увођење космолошке константе можда највећа грешка.
1998. године, посматрање удаљених супернова показало је да се свемир не само шири, већ је убрзао ширење. Галаксије су се убрзавале једна од друге као да је нека непозната сила превазишла гравитацију и растурале су те галаксије уза се. Физичари су ову енигматичну појаву назвали тамном енергијом, јер је њена истинска природа и даље мистерија.
У налету ироније, физичари су поново убацили космолошку константу у Еинстеинове пољске једначине да би рачунали на тамну енергију. У тренутном стандардном моделу космологије, познатом као ΛЦДМ (Ламбда ЦДМ), космолошка константа је заменљива са тамном енергијом. Астрономи су чак проценили његову вредност на основу посматрања удаљених супернова и колебања космичке микроталасне позадине. Иако је вредност апсурдно мала (реда од 10 ^ -52 по квадратном метру), изнад размера свемира, довољно је значајна да објасни убрзано ширење простора.
"Космолошка константа тренутно чини око 70% енергетског садржаја у нашем универзуму, о чему се може закључити из посматране убрзане експанзије коју наш свемир тренутно пролази. Ипак, та константа се не разуме", рекао је Ломбрисер. "Покушаји да то објаснимо су пропали, а чини се да постоји нешто фундаментално што нам недостаје у разумевању космоса. Разрешавање ове загонетке једно је од главних истраживачких подручја модерне физике. Генерално се очекује да решавање проблема може довести до тога нас на темељније разумевање физике. "
Најгора теоријска предвиђања у историји физике
Сматра се да космолошка константа представља оно што физичари називају "вакуум енергијом". Теорија квантног поља каже да чак иу потпуно празном вакууму простора, виртуалне честице искачу и излазе из њих и стварају енергију - наизглед апсурдна идеја, али она која је посматрана експериментално. Проблем настаје када физичари покушавају да израчунају његов допринос космолошкој константи. Њихов се резултат разликује од посматрања невероватним фактором од 10 ^ 121 (то је 10 праћено 120 нулама), што је највеће одступање између теорије и експеримента у целој физици.
Такав несразмјер натјерао је неке физичаре да сумњају у Еинстеинове оригиналне једначине гравитације; неки су чак предложили алтернативне моделе гравитације. Међутим, даљи докази гравитационих таласа Ласер интерферометром опсерваторија гравитационих таласа (ЛИГО) само су ојачали општу релативност и одбацили многе од ових алтернативних теорија. Због чега је уместо да преиспита гравитацију Ломбрисер искористио другачији приступ да реши ову космичку слагалицу.
"Механизам који предлажем не мења Еинстеинове једнаџбе поља", рекао је Ломбрисер. Уместо тога, „додаје додатну једначину на врх Еинстеинове једначине у пољу“.
Гравитациона константа, која се прво користила у законима гравитације Исааца Невтона, а сада је битан део Еинстеинових једнаџби поља, описује величину гравитационе силе између објеката. Сматра се једном од основних константи физике, вечито непромењеном од почетка универзума. Ломбрисер је драматично претпоставио да се та константа може променити.
У Ломбрисеровој модификацији опште релативности гравитациона константа остаје иста унутар нашег посматрачког универзума, али може варирати и изван ње. Предлаже мултиверзални сценарио где могу постојати закрпе универзума за нас невидљиве које имају различите вредности за основне константе.
Ова варијација гравитације дала је Ломбрисеру додатну једнаџбу која повезује космолошку константу са просечном сумом материје кроз простор-време. Након што је израчунао процењену масу свих галаксија, звезда и тамне материје свемира, могао је да реши нову једнаџбу и да добије нову вредност за космолошку константу - ону која се у потпуности слаже са опажањима.
Користећи нови параметар, ΩΛ (омега ламбда), који изражава део универзума направљеног од тамне материје, установио је да се универзум састоји од око 74% тамне енергије. Овај се број у потпуности подудара са вриједношћу од 68,5% процијењеном на основу посматрања - невјеројатно побољшање у односу на огромну диспаритету утврђену теоријом квантног поља.
Иако би Ломбрисеров оквир могао да реши космолошки константан проблем, тренутно не постоји начин да се тестира. Али у будућности, ако експерименти из других теорија потврде његове једначине, то би могло значити велики скок у нашем разумевању тамне енергије и пружити алат за решавање других космичких мистерија.
