Νέα μαθηματική έρευνα υποδηλώνει ότι η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να μην είναι απαραίτητη για να εξηγηθεί η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος, αμφισβητώντας τα θεμέλια του τυπικού κοσμολογικού μοντέλου.
Οι μαθηματικοί αμφισβητούν εάν η σκοτεινή ενέργεια είναι στην πραγματικότητα υπεύθυνη για την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Proceedings of the Royal Society A, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Ντέιβις, παρουσιάζουν μαθηματικά στοιχεία που αποδεικνύουν ότι οι αστάθειες στις εξισώσεις Αϊνστάιν-Όιλερ υποδηλώνουν ότι το τρέχον μοντέλο του διαστελλόμενου σύμπαντος μπορεί να μην είναι βιώσιμο. Οι εξισώσεις Αϊνστάιν-Όιλερ συνδυάζουν τη γενική σχετικότητα και τη ρευστοδυναμική και χρησιμοποιούνται ευρέως για την μοντελοποίηση γαλαξιών, μαύρων τρυπών και της διαστολής του σύμπαντος.
Τα ευρήματα αμφισβητούν άμεσα το μοντέλο της σκοτεινής ύλης Λάμδα-κρύας, το κορυφαίο πλαίσιο κοσμολογίας της Μεγάλης Έκρηξης. Ο αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης, Μπλέικ Τεμπλ, διακεκριμένος ομότιμος καθηγητής μαθηματικών στο UC Davis, συνέκρινε το τυπικό κοσμολογικό μοντέλο με ένα μολύβι ισορροπημένο στην άκρη του.
«Όλες οι δυνάμεις βρίσκονται σε ισορροπία όταν ένα μολύβι στέκεται στην άκρη του, επομένως είναι μια «λύση των εξισώσεων»», είπε. «Αλλά είναι ασταθές. Οποιαδήποτε ανάσα αέρα και πέφτει μακριά.»
Η αστάθεια του χωροχρόνου Friedmann προκαλεί τη σκοτεινή ενέργεια
Σύμφωνα με τον Temple, οι υπολογισμοί της ομάδας δείχνουν ότι οι χωροχρόνοι Friedmann, τα μαθηματικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή της κοσμικής διαστολής, είναι ασταθείς τόσο σε μικρές όσο και σε μεγάλες κλίμακες κοντά στη Μεγάλη Έκρηξη. Είπε ότι αυτό τις καθιστά τις πιο ασταθείς λύσεις από όλες.
«Οι ασταθείς λύσεις στη φυσική και την επιστήμη θεωρούνται μη φυσικές», είπε ο Temple. «Δεν θα τις παρατηρήσετε ποτέ στη φύση.»
Ο Temple είπε ότι αυτή η αστάθεια υποδεικνύει μια απλούστερη εξήγηση που παραμένει εξ ολοκλήρου εντός της αρχικής θεωρίας της βαρύτητας του Αϊνστάιν.
«Η αστάθεια όλων των χωροχρόνων Friedmann στην επιταχυνόμενη διαστολή υποδηλώνει μια απλούστερη, πιο φυσική εξήγηση για την επιτάχυνση του σύμπαντος από τη σκοτεινή ενέργεια», είπε.
Γιατί επέστρεψε η Κοσμολογική Σταθερά
Η σκοτεινή ενέργεια προτάθηκε πριν από σχεδόν 30 χρόνια ως ένας τρόπος για να εξηγηθεί γιατί η διαστολή του σύμπαντος φαίνεται να επιταχύνεται.
Η έννοια ανάγεται στις εξισώσεις γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν του 1915. Για να δημιουργήσει ένα στατικό σύμπαν, ο Αϊνστάιν πρόσθεσε έναν όρο αντιβαρύτητας γνωστό ως κοσμολογική σταθερά. Αφού ο Έντουιν Χαμπλ ανακάλυψε το 1929 ότι το σύμπαν διαστελλόταν, ο Αϊνστάιν φέρεται να αναφέρθηκε στην κοσμολογική σταθερά ως το «μεγαλύτερο λάθος» του, επειδή, χωρίς αυτήν, οι εξισώσεις του θα είχαν προβλέψει την διαστολή.
Τη δεκαετία του 1990, ωστόσο, η κοσμολογική σταθερά αναβίωσε και συνδέθηκε με τη σκοτεινή ενέργεια ως μια πιθανή εξήγηση για την επιτάχυνση της διαστολής. Τα σύγχρονα κοσμολογικά μοντέλα βασίζονται στην έννοια ενός «σύμπαντος Friedmann», στο οποίο η ύλη διαστέλλεται ενώ παραμένει ομοιόμορφα κατανεμημένη σε όλο το διάστημα σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή.
Αναζητώντας μια εναλλακτική εξήγηση
Ο Τεμπλ και οι συνάδελφοί του πίστευαν ότι υπήρχαν μαθηματικά προβλήματα με αυτήν την εικόνα, ωθώντας τους να διερευνήσουν άλλες πιθανές αιτίες της κοσμικής επιτάχυνσης.
«Η πρώτη μας ιδέα ήταν ότι ίσως το σύμπαν διαστελλόταν επειδή υπήρχε ένα ωστικό κύμα, και η ανώμαλη επιτάχυνση ήταν το διαστελλόμενο κύμα πίσω από αυτό το ωστικό κύμα», είπε ο Τεμπλ. «Στη συνέχεια συνειδητοποιήσαμε ότι υπάρχει μια οικογένεια αυτο-όμοιων λύσεων κατά την εποχή ακτινοβολίας της Μεγάλης Έκρηξης, οι οποίες θα μπορούσαν να μοντελοποιήσουν αυτό το διαστελλόμενο κύμα».
Οι αυτο-όμοιες εξισώσεις περιγράφουν συστήματα που διατηρούν το ίδιο συνολικό μοτίβο ή δομή σε διαφορετικές κλίμακες.
Αυτο-όμοιες εξισώσεις αποκαλύπτουν αστάθεια
Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια αυτο-όμοια εκδοχή των εξισώσεων του Αϊνστάιν που αναπτύχθηκε σε προηγούμενη εργασία για να αναπαραστήσουν το τυπικό κοσμολογικό μοντέλο ως σημείο ηρεμίας των εξισώσεων. Αυτή η προσέγγιση τους επέτρεψε να αναλύσουν πλήρως τη σταθερότητα του μοντέλου και, γενικότερα, τη σταθερότητα όλων των χωροχρόνων Friedmann κατά την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης, η οποία κυριαρχούνταν από την ύλη.
«Αποδείξαμε ότι, όπως και το στατικό μοντέλο του Αϊνστάιν, οι χωροχρόνοι Friedmann είναι όλοι ασταθείς σε ακτινική διαταραχή σε μεγάλες κλίμακες μήκους», δήλωσε ο Temple. «Αυτό φαίνεται να αποκλείει το μοντέλο της σκοτεινής ύλης Λάμδα-ψυχρής ως μια βιώσιμη σταθερή λύση των εξισώσεων Einstein της γενικής σχετικότητας, με ή χωρίς σκοτεινή ενέργεια».
«Αυτό σημαίνει», πρόσθεσε, «ότι η Μεγάλη Έκρηξη θα πρέπει γενικά να μοιάζει ακριβώς με έναν χωροχρόνο Friedmann κοντά στο κέντρο συμμετρίας, αλλά γενικά θα πρέπει να παρατηρούνται επιταχύνσεις μακριά από τον Friedmann μακριά από το κέντρο».
Κοσμική Επιτάχυνση Χωρίς Σκοτεινή Ενέργεια
Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος προκύπτει φυσικά από τις εξισώσεις Einstein-Euler και δεν απαιτεί ούτε κοσμολογική σταθερά ούτε σκοτεινή ενέργεια.
Τα ευρήματά τους αμφισβητούν επίσης την αρχή του Κοπέρνικου, την ιδέα ότι η Γη δεν καταλαμβάνει μια ειδική θέση στο σύμπαν.
www.worldenergynews.gr
