Οι γιγάντιοι χωροχρονικοί κυματισμοί μπορούν να προκαλούν την κοσμική διαστολή

Πηγή: NewScientist, Μάιος 2005

Η σκοτεινή ενέργεια δεν είναι απαραίτητη για να εξηγήσει την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος που παρατηρείται από τους αστρονόμους, προτείνουν νέοι αλλά αμφισβητούμενοι  υπολογισμοί. Αντιθέτως, οι γιγαντιαίοι κυματισμοί του χωροχρόνου - μεγαλύτεροι και από το αισθητό σύμπαν - ίσως είναι η αιτία.

Οι αστρονόμοι ξέρουν από τη δεκαετία του '20 ότι το ίδιο το κενό διάστημα έχει επεκταθεί από τη Μεγάλη Έκρηξη, περίπου, πριν 14 δισεκατομμύρια έτη. Αλλά το 1998, ανακάλυψαν ότι η διαστολή πρέπει να έχει επιταχυνθεί τα τελευταία πέντε δισεκατομμύρια έτη, βασιζόμενοι στις παρατηρήσεις των σουπερνόβα που εμφανίστηκαν πολύ πιο μακριά από το αναμενόμενο.

Έτσι οι κοσμολόγοι βρήκαν διάφορες εξωτικές εξηγήσεις, συμπεριλαμβανομένης και της σκοτεινής ενέργειας - που μπορεί να είναι μια απωστική ιδιότητα του ίδιου του κενού διαστήματος ή ενός υπερβολικά ελαφρού σωματιδίου - και μιας θεωρίας στην οποία η βαρύτητα συμπεριφέρεται διαφορετικά στις μεγάλες αποστάσεις.

Αλλά οι σημερινές θεωρίες υπερεκτιμούν την επίδραση της σκοτεινής ενέργειας κατά τουλάχιστον 10¹²⁰ φορές, και η τροποποίηση της βαρύτητας είναι μια "ειδική" λύση, λέει ο κοσμολόγος Antonio Riotto του Εθνικού Ιδρύματος για την Έρευνα στην πυρηνική φυσική στην Πάδοβα της Ιταλίας. "Υπάρχει μια μεγάλη αμηχανία για το τι προβλέπει η θεωρία και τι παρατηρούμε", τόνισε.

Ο ίδιος και μια ομάδα - συμπεριλαμβανομένου και του Edward Kolb του Fermi Εθνικού Εργαστηρίου Επιταχυντών στην Μπαταβία του Ιλλινόις - λένε ότι μπορούν να υπολογίσουν την κοσμική επιτάχυνση χρησιμοποιώντας τον "πληθωρισμό" - η πιο αποδεκτή θεωρία που περιγράφει τι συνέβη στα πρώτα 10^-35 δευτερόλεπτα μετά από το big bang. "Η πρότασή μας είναι πολύ συντηρητική - δεν επικαλείται οποιοδήποτε νέο συστατικό για να εξηγήσει την επιτάχυνση", λέει ο Riotto.

Κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού, το ίδιο το διάστημα που διαστέλλεται γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός. Όπως διαστελλόταν, αναδείχθηκαν (ξέσπασαν) τυχαίες κβαντικές διακυμάνσεις που δημιούργησαν κυματισμούς του χωροχρόνου. Αυτές οι διακυμάνσεις 'φούσκωσαν' τόσο που γέμισαν ολόκληρο το σύμπαν, που είναι περίπου 10¹⁰⁰ φορές μεγαλύτερες από το σύμπαν που μπορούμε να δούμε.

Το "αισθητό" σύμπαν μας είναι στην ουσία περιορισμένο σε μια περιοχή με μια ακτίνα 14 δισεκατομμυρίων ετών φωτός επειδή μόνο το φως από αυτή την απόσταση είχε το χρόνο να φθάσει σε μας από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Η επιστημονική ομάδα θεωρεί ότι οι κυματισμοί αυτοί είχαν λίγη επίδραση στον αισθητό Κόσμο μας για δισεκατομμύρια χρόνια επειδή η επίδραση της κοντινής ύλης εξουδετέρωσε τους απομακρυσμένους κυματισμούς. Αλλά περίπου πέντε δισεκατομμύρια έτη πριν, ισχυρίζονται, η πυκνότητα της εγγύς ύλης μειώθηκε τόσο πολύ από την διαστολή του διαστήματος, που η επίδραση των κυματισμών άρχισε να γίνεται αισθητή - ως κοσμική επιτάχυνση.

Ο Kolb εξηγεί ότι οι κυματισμοί πρέπει να έχουν επιπτώσεις στο αισθητό σύμπαν επειδή διέτρεξαν ολόκληρο το διάστημα κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού, αφήνοντας πίσω  βαρυτικά ίχνη, που μπορούν να γίνουν ακόμα αισθητά, εάν δεν φαίνονται, εδώ κοντά. "Φανταστείτε ότι είστε στον ωκεανό, και επικρατεί ομίχλη. Μπορείτε να επηρεαστείτε από του κυματισμούς που έχουν πολύ μεγάλο μήκος κύματος, αν και δεν βλέπετε πραγματικά το κύμα - όλοι εσείς αισθάνεστε κάτι κινείται πάνω-κάτω", ανέφερε. Και προσθέτει ότι οι κυματισμοί αυξάνονται με το χρόνο - που προκαλούν την επιτάχυνση.

"Δυσνόητοι" υπολογισμοί

"Συμπαθώ πολύ αυτήν την ιδέα", λέει ο Robert Brandenberger, κοσμολόγος στο πανεπιστήμιο McGill στο Μόντρεαλ του Καναδά, ο οποίος πρόβλεψε μια παρόμοια επίδραση το 1998. "Καθόμαστε στο αυλάκι ενός πυκνού κύματος με πολύ μεγάλο μήκος κύματος, που παράγει κάτι που μας φαίνεται σαν να είναι επιτάχυνση," λέει.

Αλλά πολλοί ερευνητές δεν έχουν πειστεί. Ο Sean Carroll, κοσμολόγος στο πανεπιστήμιο του Σικάγου αναφέρει: "Δεν καταλαβαίνω τι κάνουν στην πραγματικότητα. Αλλά αυτοί έχουν ένα ρεκόρ επιτευγμάτων στην κοσμολογία".

Ο Alan Guth, διάσημος κοσμολόγος στο Τεχνολογικό Ίδρυμα της Μασαχουσέτης στο Καίμπριτζ των ΗΠΑ, που ξεκίνησε τη θεωρία του πληθωρισμού στη δεκαετία του '80, αναγνωρίζει επίσης την αξία της ομάδας, αλλά είναι εντούτοις "αρκετά δύσπιστος για τη φυσική που αυτή η εργασία προσπαθεί να χρησιμοποιήσει".

Οι υπολογισμοί - που είναι βασισμένοι στη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Einstein - είναι "πολύ δυσνόητοι", αναφέρει. "Όπως τους καταλαβαίνω εγώ, όταν το μήκος κύματος των διαταραχών αυξάνει ολοένα και περισσότερο, τα αποτελέσματα εξαφανίζονται εντελώς - οι κυματισμοί δεν θα είχαν καμία επίδραση στον αισθητό κόσμο".

Η ομάδα του Kolb λέει ότι αν γίνουν περισσότερες παρατηρήσεις σουπερνοβών τότε θα μπορούσαν να δώσουν μια δοκιμή της θεωρίας τους, η οποία προβλέπει πόσο ισχυροί πρέπει να είναι οι κυματισμοί. Αλλά ο Guth αντικρούει λέγοντας ότι θα είναι πολύ δύσκολο να γίνουν οι μετρήσεις με μεγάλη ακρίβεια ώστε να διακρίνουμε αυτήν την θεωρία από άλλες θεωρίες.

Η εργασία υποβλήθηκε προς δημοσίευση στο Physical Review Letters.