Το μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας

Από την ιστοσελίδα Popular Mechanics, 10 Φεβρουαρίου 2004

Σε μια πρόσφατη διάσκεψη για τη σκοτεινή ενέργεια που έγινε στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου, υπήρχε ένας μεγάλος ενθουσιασμός από τους συμμετέχοντες επιστήμονες και μεταπτυχιακούς σπουδαστές για μια θεωρία, που πρώτος την είχε σκεφτεί ο Αλβέρτος Αϊνστάιν. Έτσι, ο μεγάλος φυσικός του 20ου αιώνα, ήταν μεν απών από το σώμα των συμμετεχόντων, αλλά αρκετά παρών στην σκέψη τους. Από μία άποψη, ήταν μια συνεδρίαση για να τιμήσουν τη θεωρία  του, που ήδη μετράει 80 χρόνια.

Το 1917, ο Einstein βρέθηκε αντιμέτωπος με ένα θεωρητικό δίλημμα. Έπρεπε να ισορροπήσει τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητάς του -- που πρόβλεπε ένα Σύμπαν που τελικά θα κατέρρεε -- με την τότε επικρατούσα άποψη ότι το Σύμπαν ήταν στατικό (θεωρία σταθερής κατάστασης). Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, εισήγαγε στις εξισώσεις του την κοσμολογική σταθερά, έναν όρο για να εξισορροπήσει την ελκτική βαρυτική δύναμη, ώστε να παραμείνει σταθερό το σύμπαν. Αλλά, προς το τέλος της δεκαετίας του '20, ο αστρονόμος Edwin Hubble παρατήρησε ότι το Σύμπαν επεκτεινόταν. Έτσι, ο Αϊνστάιν πέταξε στα σκουπίδια την κοσμολογική σταθερά του, και μάλιστα είπε πως η ιδέα του αυτή ήταν το μεγαλύτερο σφάλμα της ζωής του.

Ακολούθως η ιδέα αυτή ξεχάστηκε μέχρι το 1998. Τότε ο Saul Perlmutter -- επικεφαλής του προγράμματος Κοσμολογίας Υπερκαινοφανών, στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence του Μπέρκλευ (LBNL) -- βγάζει μια ανακοίνωση. Σε αυτήν αναφέρει για πρώτη φορά ότι ο Einstein τελικά είχε δίκιο. Εκεί πάνω, στο μακρινό σύμπαν, μια μυστήρια δύναμη αναγκάζει τους γαλαξίες και τις άλλες κοσμικές δομές να απομακρύνονται μεταξύ τους με μία ολοένα και μεγαλύτερη επιτάχυνση.

"Οι δυνάμεις αυτές λόγω της διαστολής του σύμπαντος είναι αντίθετες των ελκτικών βαρυτικών δυνάμεων", λέει ο John Carlstrom, καθηγητής της αστρονομίας και της αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου. Πρόκειται για τον διοργανωτή της διάσκεψης στην οποία οι επιστήμονες από σε όλο τον κόσμο θα προσπαθήσουν να επιλύσουν τελικά το μυστήριο. Το πρώτο τους βήμα είναι να σχεδιάσουν μια σειρά πειραμάτων για να εξηγήσουν τη φύση της απωστικής δύναμης του Einstein, η οποία συνήθως είναι γνωστή ως σκοτεινή ενέργεια.

Η μυστήρια δύναμη

Μετά από την ανακοίνωση του 1998, οι αστρονόμοι άρχισαν να βλέπουν τη σκοτεινή ενέργεια σοβαρά. Οι υπολογισμοί, που βασίζονται στα συμπεράσματά τους, δείχνουν ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι κυρίαρχη και αποτελεί το 73 τοις εκατό του σύμπαντος.

Το σχέδιο είναι σύνθετο, και θα απαιτήσει 15 νέα τηλεσκόπια, συμπεριλαμβανομένου κι ενός στην πιο απαγορευμένη θέση στη Γη: στον Νότιο Πόλο, όπου  θα χτιστεί ένα τηλεσκόπιο μικροκυμάτων, αξίας 18 εκατομμυρίων δολαρίων, διαμέτρου 8 μέτρων. Όταν θα κατασκευαστούν, αυτά τα τηλεσκόπια θα συνδεθούν με τα υπάρχοντα παρατηρητήρια. Μαζί, θα προσπαθήσουν να παρακολουθήσουν χιλιάδες σμήνη γαλαξιών.

Η ιδέα είναι να συγκριθούν τα σμήνη των γαλαξιών, που είναι σε απόσταση 8 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη με άλλα κοντά σε μας. Η εικόνα των μακρινών γαλαξιών θα μας βοηθήσει να μάθουμε με ποιό τρόπο οι γαλαξίες χωρίστηκαν πριν 8 δισεκατομμύρια χρόνια. Με τη σύγκριση των δύο μετρήσεων, οι επιστήμονες πρέπει να είναι τότε σε θέση να υπολογίσουν το ποσό της σκοτεινής ενέργειας στον Κόσμο, τότε και τώρα. Εάν η σκοτεινή ενέργεια είναι σταθερή, ή αυξάνεται, το σύμπαν θα συνεχίσει για πάντα να διαστέλλεται. Εάν μειώνεται, τότε αυτό σημαίνει ότι αυτή η ενέργεια ήταν πολύ ισχυρότερη στο παρελθόν. Αυτή η ανακάλυψη θα καθιστούσε απαραίτητο να ξανασκεφτούμε το ρόλο της βαρύτητας την εποχή που διαμορφωνόταν το Σύμπαν.

Βαθιές επιπτώσεις

Η ανακάλυψη της φύσης της σκοτεινής ενέργειας έχει μεγάλη σημασία, που επεκτείνεται πέρα από την κοσμολογία. Οι τρέχουσες προσπάθειες να συμφιλιώσουν τις ιδέες για τη βαρύτητα, τη δύναμη που παίζει ρόλο σε όλο το σύμπαν, με εκείνες της κβαντομηχανικής, η οποία εξηγεί το μικρόκοσμο, έχουν παρουσιάσει μια εμπλοκή.

Για να το πούμε απλά, το ποσό της σκοτεινής ενέργειας στον Κόσμο είναι πάρα πολύ μικρό, εξηγεί ο Steven Weinberg του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Ώστιν. Ο Weinberg κέρδισε το βραβείο Νόμπελ φυσικής του 1979. "Έως ότου λυθεί το πρόβλημα της σκοτεινής ενέργειας, θα αποτελεί ένα εμπόδιο στην πορεία μας για  μια περιεκτική, θεμελιώδη θεωρία φυσικής".

Κανείς δεν γνωρίζει τι ακριβώς είναι η σκοτεινή ενέργεια, αλλά έχει γίνει σαφές ότι πρόκειται για κάτι πανίσχυρο. Εμφανίζεται μόνο σε τεράστιες, κοσμικές κλίμακες (σμήνη γαλαξιών ή και γαλαξίες). Σε μικρότερες κλίμακες δεν εμφανίζεται. 

Οι επιστήμονες διαπίστωσαν τα τελευταία χρόνια την ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας μετά την ανακάλυψη ότι το Σύμπαν μετά από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια από τη Μεγάλη Έκρηξη άρχισε να διαστέλλεται με επιτάχυνση.

Η σκοτεινή ενέργεια του κενού είχε προβλεφτεί από τον Αϊνστάιν. Μερικοί αστρονόμοι την ονομάζουν πεμπτουσία, μια ονομασία που έδωσε ο Αριστοτέλης για το πέμπτο στοιχείο. Ακριβώς λόγω της άγνωστης φύσης της ονομάστηκε σκοτεινή ενέργεια. Υπολογισμοί δείχνουν ότι αποτελεί το 73% του Σύμπαντος. Το 23% είναι η ψυχρή σκοτεινή ύλη (αόρατη με κάθε μέσον: τηλεσκόπια, όργανα ακτινοβολίας κλπ) και το υπόλοιπο 4% είναι η γνωστή μας ορατή ύλη.

Η απλούστερη εξήγηση για τη σκοτεινή ενέργεια είναι η λεγόμενη κοσμολογική σταθερά λ, η οποία πρωτοεισήχθη από τον Einstein, μια κοσμική άπωση που προκαλείται από την ενέργεια που περιέχει ο κενός χώρος.

Οι προσπάθειες όμως να υπολογίσουν αυτή την ενέργεια έχουν δώσει αποτελέσματα 1060 φορές μεγαλύτερα από αυτά που έχουν μετρήσει οι αστρονόμοι. Οι προβλέψεις αυτές είναι τόσο μεγάλες ώστε το Σύμπαν θα έπρεπε να έχει διαχωριστεί πριν καν προλάβουν τα άτομα ή οι γαλαξίες να σχηματιστούν. Η αποτυχία αυτή της πρόβλεψης κάνει τους θεωρητικούς να σηκώνουν ψηλά τα χέρια