Sötét energia nélküli Világegyetem?

1615

Az utóbbi évtized megfigyelési tényei azt látszanak alátámasztani, hogy a Világegyetem tágulása a korábban gondolttól eltérően egyre gyorsul. A kozmológiában kezd általánosan elfogadottá válni az a nézet, hogy ezért az Univerzum nagy részét kitevő ún. sötét energia a felelős. Azonban ennek a misztikus összetevőnek az egyéb észlelési eredményekben megnyilvánuló, "kézzelfogható" bizonyítékát egyelőre még nem mutatta be senki.

A Világegyetem tágulási sebességében bekövetkezett változások az Ősrobbanás (Big Bang) óta. Minél laposabb a görbe, annál gyorsabb a tágulás. Körülbelül 7,5 milliárd évvel ezelőtt az addig lassuló tágulás gyorsulóba váltott. Ennek oka a mai elképzelések szerint az Univerzumot kitöltő ún. sötét energia.
[NASA/STScI/Ann Field]

Timothy Clifton (Oxford University) és munkatársai tanulmánya szerint azonban elképzelhető a Világegyetem fejlődésének egy olyan forgatókönyve, melyben nincs szükség a sötét energiára. Az általuk felvázolt alternatíva kiindulópontja azonban a modern tudomány és kozmológia egyik alapfeltevését kérdőjelezi meg. Clifton és kollégái ugyanis azt állítják, hogy a gyorsuló tágulás – mindenféle egzotikus szubsztancia, extra dimenziók és kozmikus skálákon módosításra szoruló gravitációs törvény nélkül is – megmagyarázható azzal az egyszerű, már korábban is felmerült feltevéssel, hogy a kozmosz egy kitüntetett helyén, jelesül is egy óriási, a környezeténél jóval ritkább anyagot tartalmazó gömbszimmetrikus sűrűségeloszlású üreg belsejében, közel annak a középpontjához élünk! Az üreg karakterisztikus mérete pedig összemérhető az általunk megfigyelhető tér méretével, ami csak egy része a sokkal nagyobb táguló Világegyetemnek. Ez természetesen ellentmond a kozmológiai elméletek egyik alappillérének számító ún. kozmológiai elvnek, mely szerint nagyléptékben az Univerzum homogén és izotróp, azaz nincsenek benne kitüntetett helyek és irányok.

A kozmológiai elvnek eleget tevő és az Einstein-egyenleteknek engedelmeskedő kozmosz geometriája az ún. Friedmann-Robertson-Walker metrikával írható le. Ennek egyenleteiben szerepel a tágulás sebességváltozását leíró paraméter, melynek értéke sokáig pozitívnak tűnt, ami a tágulás lassulását jelentette. A nagy vöröseltolódású (azaz távoli) Ia típusú szupernóvákra vonatkozó mérések azonban azt jelzik, hogy értéke mégis inkább negatív, azaz a Világegyetem tágulása gyorsul. Az FRW metrikában ilyen gyorsuló tágulás azonban csak akkor lehetséges, ha az energiasűrűség egy része nagy skálákon is egyenletesen eloszló, de taszító hatást kifejtő formában van jelen. Ezt a titokzatos energiát szokás manapság sötét energiának nevezni. Az elképzelés – számos problémája és nehézsége ellenére – kezd gyökeret verni a standard kozmológiai modellben.

A buborékuniverzumok koncepciója. A kvantumgravitációs elméletek szerint a Multiverzum akár 10500 univerzumot is tartalmazhat, melyekben az alapvető természeti állandók különböző értékűek. Reményünk azonban legfeljebb a saját buborékunk felderítésére lehet.
[J. Baum/SPL]

A Világegyetem felfúvódó modelljében – mely szerint létezésének első töredék másodpercében az Univerzum egy, a protonénál is kisebb térfogatról a maival összevethető méretűre nőtt – a Cliftonék által vizionált óriási üregek kialakulásának valószínűsége rendkívül csekély. Az ún. "folyamatos felfúvódás" (eternal inflation) modellben, amelyben a kezdeti szingularitás problémája sem lép fel, a körülöttünk megfigyelhető kozmosz csak egy a sok felfúvódó buborék közül, melyek folyamatosan jelennek meg a szuper-Univerzum (Multiverzum) szupersűrű anyagában. A felfúvódó modell konvencionális változatában a gyors expanzió miatt a téridő ezekben a buborékokban "sima", s a buborékok anyagsűrűségének egy kritikus érték közelében kell lennie. Ez az az érték, ami minimálisan szükséges ahhoz, hogy a jelenlegi, sokkal kevésbé intenzív tágulás leálljon. Andrej Linde (akinek magának is nagy szerepe volt a felfúvódó modell kidolgozásában) és munkatársai a kilencvenes évek közepén azonban olyan számításokat közöltek, melyek szerint a mi univerzumunk sokkal inkább egy lyuk a szupersűrű anyag tengerében. Szerintük a buborékuniverzumoknak sok fajtája létezik, így tulajdoságaik statisztikai eszközökkel is vizsgálhatók. Kimutatták, hogy ebben a szuper-Univerzumban bármely sűrűségű felfúvódó buborék anyaga a buborék centruma körül koncentrálódik, de a buborékok széleinél újra nagyobb lesz az anyagsűrűség. A szuper-Univerzumban azonban a gyors expanzió miatt egy adott, de egyébként tetszőleges sűrűséggel bíró régiók össztérfogata a fele annyi sűrűségű területek össztérfogatának 1010000000-szorosa! Így, bár az alacsony sűrűségű buborékok szélei körül nagyobb sűrűségű anyag van, a nagysűrűségű buborékok centrumában mérhetetlenül több nagysűrűségű anyag található, és így tovább … Ezen fraktálszerű szerkezet lehetősége meglepte a kutatókat, hiszen a nagyléptékű sűrűségeloszlás nem homogén volta nem csak azt jelentené, hogy egy buborékuniverzum középpontjának közelében élünk, hanem azt is, hogy az általunk belátható tér sűrűsége a kritikus érték alatt lehet, amit a látókörünkön kívül eső extra sűrűség kompenzálhat.

Ennek fényében Cliftonék azt mondják, hogy ez a forgatókönyv ugyan sérti a kozmológiai elvet, de nem emel ki bennünket a tipikus megfigyelők sorából, ugyanis egy buborékuniverzumban az előzőek alapján minden észlelő a középpont környékén található. Szerintük a sötét energia és a buborékuniverzumok fémjelezte lehetőségek közül észlelési tények segítségével lehet majd választani. Ilyenek lehetnek például a közeli és a távoli Ia típusú szupernóvákra vonatkozó jelenlegi és jövőbeli felmérések, vizsgálatok eredményei, melyek reményeik szerint eldönthetik, hogy szükség van-e a sötét energiára a gyorsuló tágulás magyarázatára, vagy elegendő csak Kopernikusz szellemével szembefordulnunk …

Az eredményeket részletező szakcikk a Physical Review Letters folyóirat 2008. szeptember 26-i számában jelent meg.

Forrás:

Hozzászólás

hozzászólás