Το 'σύμπαν μαύρη τρύπα' μπορεί να εξηγήσει την σκοτεινή ενέργεια

Πηγή: NewScientist, Νοέμβριος 2007

Φανταστείτε ότι ζούμε μέσα σε μια μαύρη τρύπα. Αυτό θα μπορούσε να είναι και το κλειδί στην κατανόηση της προέλευσης της σκοτεινής ενέργειας, τη μυστήρια δύναμη που θεωρείται από πολλούς ότι προξενεί την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος.

Μερικοί φυσικοί έχουν προτείνει ότι η σκοτεινή ενέργεια θα μπορούσε να προκύψει από τον κβαντικό αναβρασμό των εικονικών σωματιδίων στο κενό διάστημα, αλλά δεν ήταν σαφές το πώς θα γίνει. Τώρα όμως ο Jae-Weon Lee στο Ινστιτούτο για Προηγμένες Μελέτες της Κορέας και οι συνάδελφοί του προτείνουν ότι η σκοτεινή ενέργεια δημιουργείται καθώς ζευγάρια από αυτά τα εικονικά σωματίδια απομακρύνονται μεταξύ τους από την επεκτεινόμενη άκρη του Κόσμου μας.

Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, ούτε το τέλειο κενό του διαστήματος δεν είναι κενό: είναι μια θάλασσα από εικονικά σωματίδια, με τη μορφή πεπλεγμένων ζευγών σωματίων και αντισωματίων, που υπάρχουν μόνο φευγαλέα και μετά εξαϋλώνονται.

Οι υπολογισμοί επίσης δείχνουν ότι μπορούν να συμβούν αστεία πράγματα σε αυτά τα πεπλεγμένα εικονικά σωματίδια όταν είναι κοντά στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας - το όριο πέρα από το οποίο ούτε το φως δεν μπορεί να δραπετεύσει. Εάν ένα μέλος ενός εικονικού ζεύγους - που βρίσκεται έξω από τον ορίζοντα γεγονότων - διασχίσει τον ορίζοντα γεγονότων προτού να μπορέσει να επανασυνδυαστεί με το έτερο μέλος του ζευγαριού, το δεύτερο σωμάτιο θα μετατραπεί σε ένα πραγματικό σωματίδιο. Έτσι από το εξωτερικό, η μαύρη τρύπα θα εμφανιζόταν να ακτινοβολεί σωματίδια, ένα φαινόμενο γνωστό ως ακτινοβολία Hawking.

Η ομάδα του Lee δεν προτείνει σοβαρά ότι ζούμε μέσα σε μια μαύρη τρύπα, αλλά λέει ότι το τμήμα του σύμπαντος που μπορούμε να παρατηρήσουμε μπορεί να θεωρηθεί με παρόμοιο τρόπο. Ακριβώς όπως μια μαύρη τρύπα έχει έναν ορίζοντα γεγονότων, ο αισθητός Κόσμος μας έχει ένα όριο γνωστό ως "κοσμολογικός ορίζοντας", ο οποίος κινείται καθώς το σύμπαν επεκτείνεται. Οτιδήποτε πέρα από αυτόν τον ορίζοντα είναι κρυμμένο επειδή το φως από εκεί δεν είχε αρκετό χρόνο για να ταξιδέψει σε μας.

"Ακριβώς όπως μια μαύρη τρύπα έχει έναν ορίζοντα γεγονότων, έτσι και ο αισθητός κόσμος μας έχει ένα όριο γνωστό ως ο 'κοσμολογικός ορίζοντας'".

Η ομάδα υπολόγισε την ενέργεια που παρήχθη όταν πεπλεγμένα σωματίδια διαχωρίζονται από αυτόν τον "ορίζοντα γεγονότων", και διαπίστωσε ότι ταιριάζει με την ποσότητα που απαιτείται για να εξηγήσει την επιτάχυνση του Κόσμου. "Η σκοτεινή ενέργεια είναι ενέργεια που παρατηρείται μέσα στο σφαιρικό κοσμολογικό ορίζοντα," λέει ο Lee.

Ο Tomislav Prokopec, ένας κοσμολόγος στο πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης βρίσκει την ιδέα όμορφη. "Έχουν βρει έναν ενδιαφέροντα φυσικό μηχανισμό για το πώς [ τα εικονικά σωματίδια ] θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην σκοτεινή ενέργεια," σημειώνει. Όμως, επίσης, επισημαίνει ότι το μοντέλο του Lee εξαρτάται αρκετά από την πιο υψηλή ενέργεια που συνδέεται με τα εικονικά σωματίδια, που συμβάλλουν στην σκοτεινή ενέργεια. "Έχουν επιλέξει μια πολύ λογική τιμή για αυτό, αλλά εάν αποδειχθεί ότι αυτή η τιμή είναι ελαφρώς λάθος, θα μπορούσαν να πέσουν έξω σε όλες τις προβλέψεις τους," λέει.

Ο Seth Lloyd, ένας ειδικός στην διεμπλοκή στο ΜΙΤ, είναι επίσης εντυπωσιασμένος. "Νομίζω ότι θα μπορούσαν πραγματικά να ακουμπούν σε κάτι σπουδαίο," αναφέρει. Βέβαια θα επιθυμούσε να ξέρει εάν οι προβλέψεις του μοντέλου ταιριάζουν με τις λεπτομερείς μετρήσεις της σκοτεινής ενέργειας.

Αυτό θα μπορούσε σύντομα να γίνει πραγματικότητα, γιατί ο Lee και η ομάδα του χρησιμοποιούν το μοντέλο τους για να προβλέψουν πώς η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να έχει βάλει την σφραγίδα της πάνω στο Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων. Αυτή αναμένεται να μετρηθεί από το δορυφόρο Planck, που μάλλον θα εκτοξευτεί το 2008. "Το μοντέλο μας θα μπορούσε να ελεγχθεί εύκολα ή να αποκλειστεί σύντομα", συμπληρώνει ο Lee.

Η εργασία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό της Κοσμολογίας και Αστροσωματιδιακή Φυσική.

Ξέρουμε ότι η πεπερασμένη ταχύτητα του φωτός θέτει όριο για τη μετάδοση των πληροφοριών στο σύμπαν. Έτσι, σε κάθε περιοχή του σύμπαντος αντιστοιχεί ένας νοητός σφαιρικός ορίζοντας με ακτίνα που ισούται με την απόσταση την οποία διανύει το φως σε χρόνο ίσο με την εκάστοτε ηλικία του σύμπαντος. Με την πάροδο του χρόνου, ο ορίζοντας διαστέλλεται. Σήμερα η ακτίνα του είναι περίπου 13.7 δισεκατομμύρια έτη φωτός, όση και η ηλικία του σύμπαντος.