Μια νέα προοπτική για την αινιγματική Σκοτεινή Ενέργεια, τη μυστηριώδη δύναμη που φαίνεται να επιταχύνει τη διαστολή του Σύμπαντος, προκύπτει από ένα πρωτοφανές μοντέλο του χωροχρόνου που βασίζεται στη θεωρία των χορδών. Υποστηριζόμενη από δεδομένα του τηλεσκοπίου DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), η υπόθεση αυτή υποδηλώνει ότι, σε απείρως μικρές κλίμακες, ο χώρος και ο χρόνος συμπεριφέρονται με ριζικά διαφορετικό τρόπο από αυτόν που αντιλαμβανόμαστε στην καθημερινή μας ζωή.
Συγκεκριμένα, οι Φυσικοί θεωρούν ότι ο χωροχρόνος δεν είναι αντιμεταθετικός. Αυτό σημαίνει ότι η σειρά με την οποία μετράμε τον χώρο και τον χρόνο επηρεάζει το αποτέλεσμα, μια αντίληψη που αποκλίνει από τα καθημερινά μαθηματικά, όπου η σειρά των αθροισμάτων δεν αλλάζει το άθροισμα. Ωστόσο, στη σφαίρα της κβαντομηχανικής, γνωρίζουμε ότι η μέτρηση πρώτα της θέσης και μετά της ταχύτητας ενός σωματιδίου δίνει διαφορετικό αποτέλεσμα από ό,τι το αντίθετο. Αυτή η περίεργη συμπεριφορά υποδηλώνει ότι ο χωροχρόνος έχει κβαντικές ιδιότητες.
Και εδώ είναι που μπαίνει στο παιχνίδι η θεωρία των χορδών. Σύμφωνα με αυτό το θεωρητικό πλαίσιο, αυτή ακριβώς η κβαντική συμπεριφορά του χωροχρόνου θα ήταν η αιτία της κοσμικής επιτάχυνσης, του φαινομένου με το οποίο το Σύμπαν διαστέλλεται με ολοένα και πιο σταθερό ρυθμό. Αυτό που προκαλεί έκπληξη είναι ότι η επιτάχυνση αυτή αποδίδεται στη Σκοτεινή Ενέργεια, και το νέο μοντέλο όχι μόνο υποδηλώνει την ύπαρξή της, αλλά παράγει και μια εκτίμηση της τιμής της που είναι πολύ κοντά σε προηγούμενες μετρήσεις. Μια άλλη συναρπαστική συνέπεια είναι ότι, με την πάροδο του χρόνου, η πυκνότητα αυτής της ενέργειας θα πρέπει να μειώνεται.
Τα παρατηρησιακά δεδομένα που συλλέχθηκαν από το τηλεσκόπιο DESI φαίνεται να επιβεβαιώνουν αυτή την πρόβλεψη. Το DESI, ένα ισχυρό εργαλείο σχεδιασμένο ειδικά για τη μελέτη των επιπτώσεων της σκοτεινής ενέργειας και της διαστολής του σύμπαντος, παρέχει πολύτιμες πληροφορίες που ευθυγραμμίζονται με τις προβλέψεις του μοντέλου που βασίζεται στη θεωρία των χορδών.
Οι επιστήμονες γνωρίζουν την κοσμική επιτάχυνση από το 1998, αλλά μέχρι στιγμής η ακριβής φύση της κινητήριας δύναμης, της σκοτεινής ενέργειας, παρέμενε καλυμμένη από μυστήριο. Μια από τις πιο διαδεδομένες υποθέσεις είναι ότι η σκοτεινή ενέργεια παράγεται από κβαντικές διακυμάνσεις στο κενό. Ωστόσο, η ιδέα αυτή παρουσιάζει ένα πρόβλημα: αν η σκοτεινή ενέργεια προέκυπτε από τέτοιες διακυμάνσεις, η πυκνότητά της θα έπρεπε να παραμένει σταθερή με την πάροδο του χρόνου, σε αντίθεση με τα δεδομένα του DESI που υποδηλώνουν μείωση. Σε αυτό ακριβώς το σημείο το Καθιερωμένο Πρότυπο της Σωματιδιακής Φυσικής δείχνει τα όριά του και η θεωρία των χορδών προσφέρει μια πιθανή διέξοδο.
Η θεωρία των χορδών επέτρεψε στους ερευνητές να εξερευνήσουν τη φύση του χωροχρόνου σε κβαντικό επίπεδο. Η εξήγησή τους για τη Σκοτεινή Ενέργεια συνδέει τη μικρότερη δυνατή κλίμακα, το μήκος Planck (που σχετίζεται με την κβαντική βαρύτητα), με τη μεγαλύτερη διάσταση που γνωρίζουμε, ολόκληρο το Σύμπαν. Αυτή η σύνδεση αποτελεί ένα σημαντικό σημείο καμπής στη Φυσική, καθώς υποδηλώνει ότι ο χωροχρόνος είναι εγγενώς μη αντιμεταθετικός. Από αυτή την ιδιότητα προκύπτει φυσικά μια πρόβλεψη για την ποσότητα της Σκοτεινής Ενέργειας που υπάρχει στο Σύμπαν και, ακόμη πιο σημαντικό, η πρόβλεψη ότι η ποσότητα αυτή θα πρέπει να μειώνεται αργά με την πάροδο του χρόνου, ένα φαινόμενο που αρχίζουν να δείχνουν τα αρχικά δεδομένα του πειράματος DESI.
«Αν το δει κανείς μέσα από το πρίσμα της εργασίας μας, θα μπορούσε να θεωρήσει το αποτέλεσμα του DESI ως την πρώτη παρατηρησιακή απόδειξη που υποστηρίζει τη θεωρία των χορδών και ίσως τις πρώτες παρατηρήσιμες συνέπειες της θεωρίας των χορδών και της κβαντικής βαρύτητας», δήλωσε ο Michael Kavic, ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
Το επόμενο βήμα για την περαιτέρω επικύρωση αυτού του πολλά υποσχόμενου μοντέλου θα μπορούσαν να είναι πειράματα ταμπλετών, εργαστηριακά πειράματα μικρής κλίμακας που έχουν σχεδιαστεί για την ανίχνευση συγκεκριμένων κβαντικών φαινομένων. «Υπάρχουν πολλές επιπτώσεις της προσέγγισής μας στην κβαντική βαρύτητα. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανίχνευση περίπλοκων μοτίβων κβαντικής παρεμβολής, που είναι αδύνατα στην τυπική κβαντική φυσική, αλλά θα έπρεπε να εμφανίζονται στην κβαντική βαρύτητα», εξήγησε ο Djordje Minic, ένας άλλος ερευνητής που συμμετείχε στη μελέτη.
Τα πειράματα αυτά θα επικεντρωθούν στην ανίχνευση μοτίβων κβαντικής παρεμβολής που θα υποδείκνυαν την παρουσία κβαντικής βαρύτητας. Ελπίζεται ότι τα επόμενα χρόνια οι επιστήμονες θα μπορέσουν να διαλευκάνουν πλήρως τα μυστήρια που σχετίζονται με τη σκοτεινή ενέργεια και την κβαντική φύση του Σύμπαντος.
[via]
