Fizikte temel bir sorun var.
Kozmolojik sabit olarak adlandırılan tek bir sayı, kuantum mekaniğinin mikroskobik dünyası ile Einstein'ın genel görelilik teorisinin makroskopik dünyası arasında köprü kurar. Ancak her iki teori de değeri üzerinde anlaşamaz.
Aslında, bu sabitin gözlenen değeri ile teorinin, fizik tarihinin en kötü tahmini olarak yaygın olarak kabul edildiğini öngördüğü arasında büyük bir tutarsızlık vardır. Tutarsızlığı çözmek, bu yüzyılda teorik fiziğin en önemli hedefi olabilir.
İsviçre'deki Cenevre Üniversitesi'nde teorik fizik profesörü olan Lucas Lombriser, gözlemlenen değere çok yakın olan kozmolojik sabit için bir değer bulmak amacıyla Albert Einstein'ın yerçekimi denklemlerini değerlendirmenin yeni bir yolunu tanıttı. Yöntemini çevrimiçi olarak Physics Letters B dergisinin 10 Ekim sayısında yayınladı.
Einstein'ın en büyük gafları nasıl karanlık enerjiye dönüştü?
Kozmolojik sabitin hikayesi, bir yüzyıldan fazla bir süre önce Einstein'ın, şimdi Einstein alan denklemleri olarak bilinen, genel görelilik teorisinin çerçevesi haline gelen bir dizi denklem sundu. Denklemler, yerçekimi kuvveti oluşturmak için maddenin ve enerjinin uzay ve zamanın dokusunu nasıl çözdüğünü açıklar. O zamanlar, hem Einstein hem de gökbilimciler, evrenin büyüklüğünün sabit olduğunu ve galaksiler arasındaki toplam boşluğun değişmediğini kabul ettiler. Bununla birlikte, Einstein evrene bir bütün olarak genel görelilik uyguladığında, teorisi ya genişleyecek ya da küçülecek dengesiz bir evreni öngörmüştü. Evreni statik olmaya zorlamak için Einstein kozmolojik sabit üzerinde durdu.
Yaklaşık on yıl sonra, başka bir fizikçi Edwin Hubble, evrenimizin durağan değil, genişlediğini keşfetti. Uzak galaksilerden gelen ışık, hepsinin birbirinden uzaklaştıklarını gösterdi. Bu vahiy, Einstein'ı, genişleyen bir evreni açıklamak artık gerekmediği için alan denklemlerinden kozmolojik sabiti terk etmeye ikna etti. Fizik ilmine göre Einstein daha sonra kozmolojik sabitin tanıtımının belki de en büyük gaf olduğunu itiraf etti.
1998'de uzak süpernovaların gözlemleri, evrenin sadece genişlemediğini, aynı zamanda genişlemenin hızlandığını gösterdi. Galaksiler sanki bilinmeyen bir kuvvet yer çekiminin üstesinden geliyor ve bu galaksileri birbirinden uzaklaştırıyormuş gibi birbirlerinden uzaklaşıyorlardı. Fizikçiler, gerçek doğası bir sır olarak kaldığı için bu gizemli fenomene karanlık enerji adını verdiler.
İronik bir şekilde, fizikçiler kozmolojik sabiti karanlık enerjiyi hesaba katmak için Einstein'ın alan denklemlerine bir kez daha tanıttılar. ΛCDM (Lambda CDM) olarak bilinen mevcut standart kozmoloji modelinde kozmolojik sabit, karanlık enerji ile değiştirilebilir. Gökbilimciler, uzak süpernovaların gözlemlerine ve kozmik mikrodalga arka planındaki dalgalanmalara dayanarak değerini bile tahmin etmişlerdir. Değer saçma derecede küçük olmasına rağmen (metrekare başına 10 ^ -52 civarında), evrenin ölçeğinde, alanın hızlandırılmış genişlemesini açıklamak için yeterince önemlidir.
Lombriser, "Kozmolojik sabit şu anda evrenimizdeki enerji içeriğinin yaklaşık% 70'ini oluşturmaktadır, bu da evrenimizin şu anda devam etmekte olduğu gözlenen hızlandırılmış genişlemeden çıkartabileceğimiz şeydir. Ancak bu sabit anlaşılmamıştır." Diyerek şöyle devam etti: "Bunu açıklama girişimleri başarısız oldu ve kozmosu nasıl anladığımız konusunda eksik olduğumuz temel bir şey var gibi görünüyor. Bu bulmacanın çözülmesi modern fizikteki önemli araştırma alanlarından biridir. Genellikle sorunun çözülmesinin yol açabileceği düşünülmektedir. Bizi daha temel bir fizik anlayışına "
Fizik tarihindeki en kötü teorik tahmin
Kozmolojik sabitin fizikçilerin “vakum enerjisi” dediği şeyi temsil ettiği düşünülmektedir. Kuantum alan teorisi, tamamen boş bir boşluk boşluğunda bile, sanal parçacıkların varlığa girip çıktığını ve enerji oluşturduğunu - görünüşte saçma bir fikir, ancak deneysel olarak gözlemlenen bir fikir olduğunu belirtir. Sorun, fizikçiler kozmolojik sabite katkısını hesaplamaya çalıştıklarında ortaya çıkar. Sonuçları, tüm fizikteki teori ve deney arasındaki en büyük tutarsızlık olan 10 ^ 121 (10'u takiben 120 sıfır) olan akıl almaz bir faktörle gözlemlerden farklıdır.
Böyle bir eşitsizlik bazı fizikçilerin Einstein'ın orijinal yerçekimi denklemlerinden şüphe etmesine neden oldu; hatta bazıları alternatif yerçekimi modelleri önermişlerdir. Bununla birlikte, Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO) tarafından yerçekimi dalgalarının daha fazla kanıtı, sadece genel göreliliği güçlendirdi ve bu alternatif teorilerin çoğunu reddetti. Bu yüzden yerçekimini yeniden düşünmek yerine Lombriser bu kozmik bulmacayı çözmek için farklı bir yaklaşım benimsedi.
Lombriser, "Önerdiğim mekanizma Einstein'ın alan denklemlerini değiştirmiyor." Dedi. Bunun yerine, "Einstein'ın alan denklemlerinin üstüne ek bir denklem ekler."
İlk olarak Isaac Newton'un yerçekimi yasalarında kullanılan ve şimdi Einstein'ın alan denklemlerinin önemli bir parçası olan yerçekimi sabiti, nesneler arasındaki yerçekimi kuvvetinin büyüklüğünü açıklamaktadır. Evrenin başlangıcından beri sonsuza dek değişmeyen fiziğin temel sabitlerinden biri olarak kabul edilir. Lombriser, bu sabitin değişebileceği dramatik varsayımını yaptı.
Lombriser'in genel görelilik modifikasyonunda, yerçekimi sabiti gözlemlenebilir evrenimizde aynı kalır, ancak bunun ötesinde değişebilir. Temel sabitler için farklı değerlere sahip, bizim için görünmez evrenin yamaları olabileceği çok yönlü bir senaryo önermektedir.
Bu yer çekimi değişimi, Lombriser'e, kozmolojik sabiti, uzay-zaman boyunca ortalama madde toplamıyla ilişkilendiren ek bir denklem verdi. Tüm galaksilerin, yıldızların ve evrenin karanlık maddesinin tahmini kütlesini açıkladıktan sonra, yeni denklemi kozmolojik sabit için gözlemlerle yakından aynı olan yeni bir değer elde etmek için çözebilir.
Evrenin karanlık maddeden yapılmış kısmını ifade eden yeni bir parametre olan, (omega lambda) kullanarak, evrenin yaklaşık% 74 karanlık enerjiden oluştuğunu buldu. Bu sayı, gözlemlerden tahmin edilen% 68,5 değerine çok yakındır - kuantum alan teorisi tarafından bulunan büyük eşitsizlik üzerinde muazzam bir iyileşme.
Lombriser'in çerçevesi kozmolojik sabit problemi çözebilse de, şu anda bunu test etmenin bir yolu yoktur. Ancak gelecekte, diğer teorilerden yapılan deneyler denklemlerini doğrularsa, karanlık enerji anlayışımızda büyük bir sıçrama anlamına gelebilir ve diğer kozmik gizemleri çözmek için bir araç sağlayabilir.
