Будет ли вселенная расширяться вечно или в конечном итоге рухнет в крошечное пятнышко?
В опубликованной в июне статье говорилось, что бесконечное расширение было невозможно в соответствии с одной из основных физических теорий - гипотезой, вызвавшей огромные волны в физическом сообществе.
«Люди очень, очень эмоционально относятся к этому, потому что, если это правда и будет открыто, это будет впечатляюще», - сказал Тимм Врейз, физик из Венского технологического университета.
Теперь Wrase и его коллеги опубликовали отдельное исследование, в котором прослеживается огромная дыра в этом аргументе, что означает, что нельзя постоянно исключать постоянно расширяющуюся вселенную.
Темная энергия и космическое расширение
Наша вселенная пронизана огромной невидимой силой, которая, кажется, противостоит гравитации. Физики называют эту силу темной энергией, и считается, что она постоянно выталкивает нашу вселенную наружу.
Но в июне группа физиков опубликовала в препринтном журнале arXiv статью о том, что темная энергия со временем меняется. Это означает, что вселенная не будет расширяться вечно, но может в конечном итоге разрушиться до размеров, которые были до Большого взрыва.
Однако почти сразу же физики обнаружили проблемы с теорией: несколько независимых групп впоследствии опубликовали статьи, в которых предлагались поправки к гипотезе. Теперь, статья, опубликованная 2 октября в журнале Physical Review D, предполагает, что в ее нынешнем виде первоначальная гипотеза не может быть верной, поскольку она не может объяснить существование бозона Хиггса - который, как мы знаем, существует, благодаря Большой адронный коллайдер, коллайдер массивных частиц на границе между Францией и Швейцарией.
Тем не менее, с некоторой теоретической настройкой, гипотеза о коллапсирующей вселенной все еще может быть жизнеспособной, сказал Враз, соавтор новой статьи Physical Review D, в журнале Live Science.
Как мы можем объяснить все, что когда-либо существовало?
Теория струн, которую иногда называют теорией всего, представляет собой математически элегантную, но экспериментально недоказанную основу для объединения теории общей теории относительности Эйнштейна с квантовой механикой. Теория струн предполагает, что все частицы, составляющие вселенную, на самом деле не точки, а одномерные струны, которые вибрируют - и различия в этих вибрациях позволяют нам видеть одну частицу как фотон, а другую - как электрон.
Однако, чтобы теория струн была жизнеспособным объяснением для вселенной, она должна включать темную энергию.
Представьте, что эта темная энергия представляет собой шар в ландшафте гор и долин, представляющих количество потенциальной энергии, которое она имеет, сказал Врейз. Если шар стоит на вершине горы, он может быть неподвижным, но он может скатываться с малейшим возмущением, поэтому он неустойчив. Если шар находится в долине, он не меняется и не движется, имеет низкую энергию и находится в стабильной вселенной, потому что даже сильный толчок заставит его скатиться обратно в долину.
Теоретики струн долго предполагали, что темная энергия постоянна и неизменна во вселенной. Другими словами, он зажат в долинах между горами, не скатываясь с вершин гор и, следовательно, не меняется во времени, сказал Врейз.
Но гипотеза, выдвинутая в июне, предполагает, что для работы теории струн в ландшафте не должно быть гор или долин над уровнем моря. (В этой концепции наша вселенная стоит над уровнем моря - что метафорически отмечает точку, в которой темная энергия начинает либо сближать вселенную, либо раздвигать вселенную.)
Скорее, пейзаж - это небольшой уклон, и шар темной энергии катится вниз. «Пока она катится вниз, темная энергия становится все меньше и меньше», - сказал Врейз. «Высота шара соответствует количеству темной энергии в нашей вселенной».
В этой теории темная энергия может в конечном итоге пробиться ниже уровня моря и начать притягивать вселенную обратно к своей форме до Большого взрыва.
Но есть только одна проблема, сказал Wrase.
«Мы показали, что такие нестабильные горные вершины должны существовать», - сказал он. Это потому, что мы знаем, что частица Хиггса существует. И мы экспериментально доказали, что частицы Хиггса могут существовать на этих вершинах гор или в «неустойчивых вселенных» и могут быть нарушены при малейшем прикосновении, сказал он.
Сложность со стабильностью вселенных
Кумрун Вафа, теоретик струн в Гарварде и старший автор гипотезы, опубликованной в июне, сказал Live Science в электронном письме, что, действительно, первоначальная гипотеза «имеет трудности с нестабильными вселенными». Эта новая статья и некоторые другие показывают эту проблему, добавил он. Но есть несколько документов, в которых предлагалось внести небольшие изменения в гипотезу, которые все равно будут придерживаться ограничений, предложенных Wrase и его командой, сказал он.
Даже в пересмотренной гипотезе «мы не были бы в стабильной вселенной, а скорее все изменилось бы», сказал Врейз. В пересмотре говорится, что вершины гор могут существовать, но стабильные долины не могут, сказал он. (Представьте форму коня седла). Шар должен в конечном итоге начать катиться, и темная энергия должна меняться со временем, добавил он. Но «если гипотеза неверна, то темная энергия может быть постоянной, мы будем сидеть в долине между двумя горами», и вселенная будет продолжать расширяться.
В течение 10–15 лет он надеется, что спутники, которые более точно измеряют расширение Вселенной, могут помочь нам понять, постоянна ли темная энергия или нет.
Вафа согласился. «Это захватывающие времена в космологии, и мы надеемся, что в ближайшие несколько лет мы увидим экспериментальные доказательства изменения темной энергии в нашей вселенной», - сказал он.
