Kosmologai surado intriguojančius naujus būdus ištirti, ar tamsioji energija egzistuoja ir kaip ji spartina visatos plėtrą.
Šviesa tamsoje gali sužibti iš netikėtų vietų. Neįprasti tamsiosios energijos paieškos eksperimentai, panašu, sukels šios paslaptingos jėgos supratimo revoliuciją.
Praeitą savaitę Čikagoje, didžiausiame pasaulio kosmologų susitikime buvo diskutuojama apie visatą plėsti galinčias dvi jėgas: infliaciją, eksponentinio visatos plėtimosi periodą, įvykusį iškart po didžiojo sprogimo; ir tamsiąją energiją, dabartinę jėgą, plečiančią kosmosą vis sparčiau.
Kovą paskelbtas pranešimas apie užfiksuotas gravitacines bangas iš esmės turėjo įrodyti vykusią infliaciją. Bet rezultatai netvirti. Darbą atlikusi BICEP2 teleskopo komanda galėjo nepakankamai įvertinti galaktinių dulkių poveikį signalui. Jei vaizdas visgi tikras, jų stebėta kosminio mikrobangų fono (KMF) bangų struktūra – anksčiausia visatos išspinduliuota šviesa – yra visatos spartaus plėtimosi atspaudas.
Tarptautinėje dalelių fizikos ir kosmologijos konferencijoje (COSMO) astronomai ir kosmologai aršiai ginčijasi, kaip jų visatos modeliai būtų paveikti abiem atvejais: jeigu rezultatai pasitvirtintų ir kaip, jei dulkės juos paneigtų.
„Visi nori, kad BICEP2 būtų teisus,“ sausakimšai auditorijai sakė Willas Kinney'is iš Buffalo universiteto Niujorke. „Nes jei taip, jau apžvelgiamoje ateityje galėtume neįtikėtinai tiksliai tyrinėti infliacinio modelio fiziką. Ir tai būtų labai šaunu.“
Kol kas fizikams teks lauki. Nauji duomenys iš Plancko palydovo, galintys išaiškinti BICEP2 problemas, nebus paskelbti iki lapkričio, tačiau COSMO sklandė gandai, kad bent vienas Plancko duomenimis paremtas darbas iš BICEP2 apžvalgos lauko bus publikuotas šiomis dienomis.
Tvyrant tylai prieš audrą, didžioji dalis dėmesio sutelkta į tamsiąją energiją, ir šioje srityje žengti dideli žingsniai. Tamsioji energija yra teorinė būtinybė, sukelianti atstūmimo jėgą, paaiškinančią visatos plėtimosi greitėjimą. Bet apie šią energiją praktiškai nieko nežinome.
COSMO pristatytas naujas tamsiosios energijos tyrimo Žemės laboratorijose darbas (žr. „Chameleono ekranas“), eksperimentas, galintis parodyti, jog plėtimasis yra fundamentali paties erdvėlaikio savybė (žr. „Erdvėlaikio kvantas“), ir naujus apribojimus katastrofiškiausiam tamsiosios energijos modeliui, numatančiam mūsų visatos suplyšimą, įskaitant visus atomus (žr. „Vaiduokliška grėsmė“).
„Visi kas netingi tiria tamsiąją energiją,“ sako Draganas Hutereris iš Michigano universiteto Ann Arbore. „Tai toks žaidimas: matuojama visatos plėtimosi istorija.“
Chameleono ekranas
Daug fizikų mano, kad tamsioji energija plečia visatą, priešindamasi gravitacijai. Jei tai tiesa, kodėl jokiuose eksperimentuose ji neužfiksuota? Viena hipotezė skelbia, kad jėga prisitaiko prie aplinkos ir aktyviai veikia tik beveik visiškame vakuume, o tanki Saulės sistemos materija „uždengia“ jos vaizdą.
Dabar Clare Burrage su kolegomis iš Nottinghamo universiteto, JK pradėjo laboratorinį bandymą, turintį padėti surasti šias ekranuojamas „chameleoniškas“ jėgas.
Burrage spėjimu, jei tamsiosios energijos poveikis gali būti juntamas tik tokioje tuščioje erdvėje, kaip visata, tada toks pats efektas gali pasirodyti vakuuminėje kameroje, kurioje yra tik mažas stabilios medžiagos kamuoliukas ir debesėlis iš 1000 atomų. Komanda planuoja lazeriu perkelti atomus per vieną milimetrą kameroje.
Perkeliami atomai jaus Žemės bei viduje esančio rutuliuko gravitaciją, ir eksperimentu bus matuojama, kurios jėgos juos veikia. Jei slapukė kamuoliuko jėga veiks atomus, šie turėtų keliauti kiek kitaip, ir tai turėtų matytis jų galutinėse kvantinėse būsenose.
Komanda eksperimento kol kas dar neatliko, bet iš JK Gynybos ministerijos paprašė specialaus kvantinės GPS sistemos lazerio, kuris turėtų būti pristatytas per kelis mėnesius.
Chameleoniško elgesio atradimas nebūtinai reikš, tamsiosios energijos atradimą, sako Adrienne'as Erickcekas iš Šiaurės Karolinos universiteto Chapel Hille. Bet parodys, kad uždengimo mechanizmai yra tikėtinas nesėkmingų bandymų išmatuoti tamsiosios energijos poveikį vietinėje visatoje paaiškinimas.
„Tai labai jaudina,“ sako Erickcekas. „Visada maniau, kad chameleoniška jėga būtų visada uždengiama, bet jie labai įtikinamai parodė, kad taip būti neprivalo. Nuostabu.“
Erdvėlaikio kvantas
Čikagos priemiesčio pašiūrėje vykstantis eksperimentas gali parodyti, kad tamsioji energija yra tiesiog pasireiškianti erdvėlaikio savybė, panašiai, kaip skysčių dinamika kyla iš vandens molekulių sąveikos.
Holometro eksperimentu siekiam surasti fundamentalius erdvės ir laiko vienetus. Jie būtų šimtą milijardų milijardų kartų mažesni už protoną. Kaip materija ir energija kvantiniame lygmenyje, taip ir šios erdvėlaikio dalelės elgtųsi veikiau kaip bangos, o ne dalelės.
„Teorija tokia, kad erdvę sudaro bangos, o ne taškai, kad viskas šiek tiek virpa, ir niekada nenurimsta,“ aiškina eksperimentą vykdantis Craigas Hoganas iš Čikagos universiteto. Holometras sukurtas šio „virpėjimo“ matavimui.
Jame du galingi lazerio spinduliai nukreipiami 40 metrų ilgio vamzdžiais. Lazeriai matuoja jų kelyje esančių veidrodžių pozicijas du kartus. Jei erdvėlaikis glotnus ir jam kvantinis elgesys nebūdingas, veidrodžiai turėtų išlikti visiškai ramūs. Bet jei po visų kitų efektų atmetimo abu lazeriai išmatuos identiškus mažus skirtumus tarp veidrodžio pozicijų,tai gali reikšti, kad veidrodžius judina fluktuacijos pačios erdvės audinyje.
Tęsdamas šią idėją, Hoganas sako, kad erdvėlaikio ir materijos kvantinės būsenos galėtų būti susietos, tad neitų išmatuoti vienos, nepaveikiant kitos.
Geriausios dabartinės teorijos apibūdina erdvę geometrijos, o materiją kvantinių laukų terminais, bet jų apjungti nesugeba. Jei Holometras ką nors parodys, tai galėtų nurodyti jų apjungimo būdą, pastebi Hoganas. Tokiu smulkiu masteliu, kai šios dvi savybės apsijungia, vien jau erdvėlaikio geometrija turėtų versti visatą plėstis.
Hoganas COSMO susitikime sakė, kad pradiniai rezultatai rodo, jog Holometras kvantines fluktuacijas išmatuoti gali, jeigu jos ten būtų, ir per metus gali surinkti pakankamai duomenų, kad būtų galima pateikti atsakymą.
Vaiduokliška grėsmė
Daugumoje tamsiosios energijos modelių daroma prielaida, kad jos kiekis yra pastovus. Bet maždaug prieš 10 metų kosmologai suvokė, kad jei tamsiosios energijos tankis didėja, mums galėtų grėsti košmariškas scenarijus – „didysis suplyšimas“. Erdvėlaikiui plečiantis vis sparčiau, materija bus suplėšyta, pradedant galaktikų spiečiais ir baigiant atomų branduoliais. Kosmologai pavadino ją „vaiduokliška“ energija.
Siekdamas sužinoti, ar taip gali būti, Draganas Hutereris iš Michigano universiteto Ann Arbore atsigręžė į Ia tipo supernovas. Šie žvaigždžių sprogimai yra vieni iš ryškiausių, tad puikiai tinka kosminių atstumų matavimui. Pirmieji įrodymai, kad visatos plėtimasis spartėja, pasirodė Ia tipo supernovų tyrimuose dešimtojo dešimtmečio antrojoje pusėje.
Jei supernovos praeityje tolo viena nuo kitos lėčiau, nei dabar, tai tamsiosios energijos tankis didėja ir mums gresia nemalonumai. „Netgi vos per milimetrą pasislinkus nuo skardžio krašto, kristum į prarają,“ sako Hutereris.
Hutereris ir kolega Danielis Shaferis surinko duomenis iš supernovų naujausių tyrimų ir išsiaiškino, kad, nelygu, kuris tyrimas naudojamas, gali būti šiokių tokių įrodymų, kad tamsiosios energijos tankis šiek tiek išaugo per pastaruosius 2 mlrd. metų, bet kol kas tai dar nėra statistiškai reikšminga (Physical Review D, doi.org/vf9).
Iš vaiduokliškos energijos teorijos daug nesitikima, tačiau jos pasekmės tokios dramatiškos, kad ją patikrinti verta, sako Hutereris. Įrodymų silpnumą atsveria numanomų pasekmių dydžio faktas, paaiškina jis. „Jei vaiduoklis išties veikia mums teks dabartinį tamsiosios energijos supratimą peržiūrėti iš pagrindų.“
Hal Hodson New Scientist № 2985
