1o, 2ο, 3ο

Μια θεωρία που ταιριάζει με όλα

Μια ασθενέστερη βαρύτητα σε αυτές τις πολύ απομακρυσμένες αποστάσεις και εποχές, όταν η σκοτεινή ενέργεια ξεκίνησε τη δράση της, θα είχε πιο εύκολα κυριευθεί από την σκοτεινή ενέργεια. "Το φαινόμενο θα δουλέψει σε στενή επαφή με την σκοτεινή ενέργεια για να επιβραδύνει την συνάθροιση της ύλης", λέει ο Khoury. Τα φωτόνια που θα διέρχονταν μέσα από τους γαλαξίες θα ήταν σχετικά ακόμα θερμότερα, κι έτσι η ασυμφωνία θα έπαυε να υπάρχει.

Τελευταία, υπάρχει και το μυστήριο της "σκοτεινής ροής", που προέκυψε από τις έρευνες χιλιάδων μακρινών γαλαξιών. Η γενική διαστολή του σύμπαντος σημαίνει ότι οι περισσότεροι από αυτούς τους γαλαξίες ταξιδεύουν μακριά από εμάς. Αλλά όταν λαμβάνεται υπόψη το αποτέλεσμα αυτό, οι ταχύτητες τους θα πρέπει να καθορίζονται από τις συνθήκες της τοπική βαρύτητας και σε ένα αρκετά μεγάλο όγκο του χώρου θα πρέπει να ακυρώνεται.

Δυστυχώς, τα πράγματα δεν είναι έτσι. Σε μια κλίμακα μεσαίας τάξης λίγων εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών φωτός, οι γαλαξίες φαίνονται σαν να ρέουν προς μια γιγάντια κεντρική συγκέντρωση μάζας - μια τόσο μεγάλη συγκέντρωση που δεν θα είναι δυνατό να έχει συγκεντρωθεί από τη Μεγάλη Έκρηξη. Έχει προταθεί ως μια πρώτη γεύση του τι βρίσκεται πέρα από τον ορίζοντα του ορατού σύμπαντος, αλλά αν η βαρύτητα είναι ισχυρότερη σε αυτές τις κλίμακες τότε η ανάγκη για τέτοιες εξωτικές εξηγήσεις εξαφανίζεται.

"Όχι μόνο η ισχυρότερη βαρύτητα θα συσσώρευε την ύλη πιο γρήγορα, αλλά οι γαλαξίες θα κινούνταν προς την κατεύθυνση μιας θέσης με ενισχυμένη  συγκέντρωση ύλης γρηγορότερα", υποστηρίζει ο Khoury.

Τέλος, υπάρχει και το σύνολο των γραμμών απορρόφησης που προέρχονται από τη γραμμή άλφα Lyman του ουδέτερου υδρογόνου, που την βρίσκουμε στα μακρινά κβάζαρ και γαλαξίες. Αυτές οι γραμμές απορρόφησης έχουν σαν αιτία την απορρόφηση που υφίσταται το φως των κβάζαρ όταν ταξιδεύει μέσα από το διαγαλαξιακό μοριακό υδρογόνο (η πρωταρχική ουσία των γαλαξιών). Τα μόρια αυτά απορροφούν το φως σε μήκος κύματος 122 νανόμετρα, δημιουργώντας έτσι μια ξεχωριστή 'βουτιά' στο φάσμα του φωτός, που είναι γνωστή ως η γραμμή άλφα Lyman.

Αυτό θα συμβαίνει όμως αν είναι σταθερά τα νέφη, αλλά στην πραγματικότητα όλα τα νέφη κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες προς ή από εμάς, λόγω της μεταβαλλόμενης διαστολής του σύμπαντος με το χρόνο. Αυτά λοιπόν τα νέφη θα απορροφούν το φως σε διαφορετικά μήκη κύματος, λόγω του φαινομένου Doppler, και το φως που φθάνει στη Γη από απομακρυσμένες πηγές θα έχει πολλές πληροφορίες που θα έχουν ληφθεί από αυτά. Από αυτό το δάσος των φασματικών γραμμών οι αστρονόμοι μπορεί να συμπεράνουν για την κατανομή των νεφών του υδρογόνου στο διάστημα. Σαν τους γαλαξίες της σκοτεινής ροής, αυτά τα νέφη φαίνονται να είναι πιο συγκεντρωμένα μαζί (σαν συσσωματώματα) σε μεσαίες κλίμακες, από ότι η καθιερωμένη κοσμολογία μπορεί να εξηγήσει. Και πάλι αυτό συμβαίνει ως εάν η βαρύτητα κάποτε ήταν πιο ισχυρή δύναμη για να τα συγκεντρώνει μαζί.

Αλλά περιμένετε μια στιγμή. Τα φωτόνια του Κοσμικού Υποβάθρου Μικροκυμάτων δείχνουν ασθενέστερη βαρύτητα στη μια κλίμακα. Η σκοτεινή ροή και το φάσμα απορρόφησης άλφα Lyman συνεπάγεται ισχυρότερη βαρύτητα σε μια άλλη κλίμακα. Σίγουρα μια θεωρία δεν μπορεί να εξηγήσει και τα δύο. Είναι αξιοσημείωτο, ότι αυτό ακριβώς  ισχυρίζονται ο Khoury και οι συνάδελφοί του.

Αριστερά: Τα άκρα των ανοικτών χορδών - των οποίων οι ταλαντώσεις παράγουν τα γνωστά σωματίδια είναι πακτωμένα στη βράνη του δικού μας χωροχρόνου. Η άλλη άκρη είναι κλειστή (πάνω στη βαρυτική βράνη) όπου συγκεντρώνονται τα βαρυτόνια. Πέρα από την βράνη του δικού μας χωροχρόνου είναι ένας χώρος 4 χωρικών διαστάσεων συν τον χρόνο, άρα ένας πενταδιάστατος υπερχώρος - που ονομάζεται bulk - που περιέχει και τον δικό μας. Η 4η διάσταση του υπερχώρου bulk είναι πάρα πολύ μεγάλη, σε αντίθεση με τις άλλες 6 διαστάσεις που είναι πάρα πολύ μικρές (καμπυλωμένες)

Το πλαίσιο της εργασίας τους εξαρτάται από τη θεωρία βρανών, μια συγγενική της θεωρίας χορδών - την καλύτερη άποψη ως σήμερα για μια θεωρία των πάντων. Η θεωρία χορδών αντιμετωπίζει τα σωματίδια που απαρτίζουν την ύλη και διαδίδουν τις δυνάμεις ως μικροσκοπικές μονοδιάστατες χορδές της υλο-ενέργειας που δονούνται σε ένα υπερχώρο 10 διαστάσεων, που είναι γνωστός ως bulk, και είναι ο υπερχώρος που περιέχει και τον δικό μας των 4 διαστάσεων.

Η θεωρία των βρανών πηγαίνει ακόμη πιο πέρα, μας περιγράφει το δικό μας σύμπαν, ως μία βράνη 3 διαστάσεων, ένα αντικείμενο με τρεις διαστάσεις του χώρου και μία του χρόνου που περιφέρεται στον υπερχώρο. Σε αυτό το σενάριο, οι δονούμενες χορδές - σωματίδια είναι πακτωμένες σταθερά στην δική μας βράνη. Όλες οι χορδές είναι πακτωμένες εκτός από τα βαρυτόνια, τα βαρυτόνια που είναι παλλόμενοι βρόχοι από χορδές χωρίς κανένα ελεύθερο άκρο (γιατί είναι κλειστές χορδές) ώστε να μπορούν να κολλήσουν στη βράνη μας - γι αυτό τα βαρυτόνια μπορούν να διαρρεύσουν στον υπερχώρο (bulk). Αυτή η διαρροή στον υπερχώρο των 10 διαστάσεων εξηγεί γιατί η βαρύτητα είναι εγγενώς τόσο ασθενέστερη από τις άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις.

Άπειρη διάσταση

Θα μπορούσε, επίσης, να ληφθεί υπόψη για τη σχετικά ασθενέστερη βαρύτητα αυτά που έχουν βιώσει τα φωτόνια της Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου. Το πλαίσιο είναι ένα σύνολο θεωριών από κόσμους-βράνες γνωστών ως μοντέλα Dvali-Gabadadze-Porrati (DGP), από το όνομα των τριών θεωρητικών στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, που τα πρότειναν το 2000. Αυτά τα μοντέλα προτείνουν την ύπαρξη μιας τουλάχιστον διάστασης έξω από την βράνη μας που να είναι άπειρη σε μέγεθος.

Με μια τέτοια επιπλέον διάσταση, η βαρύτητα δεν θα κλιμακώνεται ανάλογα με το r^-2, αλλά ανάλογα με r^-3 - έτσι ώστε αν δύο αντικείμενα διπλασιάσουν την απόσταση τους τότε η αμοιβαία βαρύτητα τους δεν εξασθενεί κατά τέσσερις φορές, αλλά κατά οκτώ φορές. Με δύο επιπλέον διαστάσεις, η μείωση είναι r^-4, με τρεις διαστάσεις r^-5 και ούτω καθεξής. Οι υπολογισμοί του Khoury λοιπόν δείχνουν πώς ένα μοντέλο σαν το Dvali-Gabadadze-Porrati (DGP) με δύο ή περισσότερες επιπλέον διαστάσεις θα είναι το εισιτήριο μόνο για την αναπαραγωγή των βαρυτικών ιδιοτήτων του σύμπαντος, όπως το βλέπουμε.

Υπάρχει μια προφανής ερώτηση: πώς γίνεται να μην αντιλαμβανόμαστε αυτές τις επιπλέον διαστάσεις; Αν υπάρχουν περισσότερες από τρεις διαστάσεις του χώρου, γιατί οι αισθήσεις μας επιμένουν στον περιορισμό σε τρεις; Οι στάνταρτ θεωρίες των χορδών στέκουν αμήχανες υποθέτοντας ότι οι επιπλέον διαστάσεις περιτυλίγονται σε κλίμακες πάρα πολύ μικρότερες από ένα άτομο, και έτσι εμείς απλά δεν τις παρατηρούμε. Τα μοντέλα των βρανών είναι στην εξήγηση τους πιο θρασύτατα. Εσύ κι εγώ δεν βλέπουμε το απειροελάχιστο μέγεθος των επιπλέον διαστάσεων, λένε, γιατί είμαστε φτιαγμένοι από απλά σωματίδια της ύλης που είναι σταθερά καρφωμένα στην βράνη του δικού μας σύμπαντος. Αν θέλουμε να δούμε τις επιπλέον διαστάσεις η μόνη μας ελπίδα είναι να ανακατασκευάσουμε τους εαυτούς μας από βαρυτόνια - το μόνο πραγματικά ελεύθερο σωματίδιο.

Πηγή: New Scientist

1o, 2ο, 3ο