Model standardowy może być... błędny! Trzęsienie ziemi w badaniach Wszechświata

Od ponad dwóch dekad model Lambda-CDM (chodzi dokładnie o Lambda-Cold Dark Matter) jest fundamentem współczesnej kosmologii. Zakłada on, że ciemna energia – hipotetyczna zasadniczo siła odpowiadająca za przyspieszanie ekspansji Wszechświata – pozostaje stała w czasie. Najnowsze dane zebrane przez zespół naukowców w ramach projektu DESI właściwie burzą ustalony przez lata porządek. Czy oznacza to wstrząs w astrofizyce? Jak spróbują wyjaśnić ów fakt naukowcy? I... co z modelem standardowym?

Szukamy odpowiedzi

Ciemna energia stanowi (według szacunków badaczy) aż 68% Wszechświata, a mimo to wciąż jest dla nas ogromną zagadką. Można bez ogródek powiedzieć, że bazujemy właściwie na... hipotezie, że ona istnieje, bo nie potrafimy jej zaobserwować inaczej, niż za pomocą subtelnych (z naszego punktu widzenia) efektów jej działania. Od czasów odkrycia coraz szybszej ekspansji Wszechświata w latach 90. ub. wieku naukowcy próbowali określić, co za nią stoi. Model Lambda-CDM przyjął, że ciemna energia to tzw. stała kosmologiczna – niezmienna w czasie i przestrzeni. Natomiast dane zaprezentowane podczas tegorocznego Globalnego Szczytu Fizyki Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego dokonują sporych zmian w owej koncepcji.

Wszystko dzięki DESI

Wykorzystując teleskop w obserwatorium Kitt Peak w Arizonie, DESI analizuje widma i odległości milionów galaktyk oraz kwazarów. Z pomocą tzw. barionowych oscylacji akustycznych – strukturalnego wzoru w rozkładzie galaktyk – projekt tworzy mapę Wszechświata sięgającą nawet 11 miliardów lat wstecz. Dzięki owym pomiarom można precyzyjnie odtworzyć historię ekspansji kosmosu i, co istotne, badać ewolucję ciemnej energii.

Wstępna analiza danych z trzech lat obejmujących niemal 15 milionów obiektów wykazała coś nieoczekiwanego: model Lambda-CDM może nie opisywać naszej rzeczywistości tak dokładnie, jak sądzono. I co teraz?

Czytaj dalej poniżej

Ile robić kroków dziennie, by być zdrowym? Naukowcy to policzyli Jakub Szczęsny

Dyski protoplanetarne mniejsze niż sądzono? Przełomowe odkrycie Jakub Szczęsny

A może ciemna energia jest siłą... dynamiczną?

Jak wskazuje zespół DESI, "ciśnienie" ciemnej energii w przeszłości było znacznie większe niż dziś. Około 11 miliardów lat temu parametr w (czyli stosunek ciśnienia do gęstości energii) wynosił -1,4, a obecnie zbliża się do -0,7. Porównajmy to z tym, co zakłada model Lambda-CDM: tam znajdujemy niezmienną wartość parametru w = -1. Wykazana zmienność może oznaczać, że ciemna energia ewoluuje – ale nie pozostaje stała.

Jeśli przyspieszenie ekspansji osiągnęło maksimum dwa miliardy lat temu, a dziś słabnie, to w przyszłości możemy być świadkami spowolnienia, a nawet... kurczenia się Wszechświata. Dotychczas byliśmy przyzwyczajeni do czegoś zupełnie innego — że Wszechświat w swojej ekspansji tylko przyspiesza i na tej podstawie kreowano myśli dotyczące jego końca. Ostatecznie, miałby być w przyszłości tak napompowany, że w odległej przyszłości, za około 10⁹⁹ lat, Wszechświat przekształci się w chłodną zupę subatomowych cząstek. 

Nauka na rozdrożu

Dla wielu naukowców to całkiem spora zagwozdka. Dane z DESI idealnie pasują do teorii Cumruna Vafy z Harvardu z 2018 roku, według której ciemna energia nie może być stała, jeśli chcemy pogodzić ogólną teorię względności z mechaniką kwantową. Oznaczałoby to, że tak ukochana przez wielu teoria strun – długo traktowana jako piękna, ale przy okazji koszmarnie trudna do zweryfikowania konstrukcja matematyczna – może wreszcie znaleźć potwierdzenie w obserwacjach.

W tej sytuacji nie brak sceptyków, którzy ostrzegają, że brak jednoznacznego uzasadnienia w teorii dla dynamicznej ciemnej energii to powód do zachowania szczególnej ostrożności w ferowaniu wyroków. Niemniej, nawet oni przyznają, że precyzja danych z DESI daje wielu badaczom argumenty, których wcześniej im brakowało.

Można powiedzieć, że... jest grubo

Badacze czekają na kolejne badania i — co za tym idzie — potwierdzenie obserwacji z DESI. I jeśli się potwierdzą, to czeka nas prawdziwa rewolucja w kosmologii. Najważniejsze modele teoretyczne będą musiały zostać gruntownie przepisane, a nasza wizja przyszłości Wszechświata – zrewidowana. O podręcznikach już nie wspominam, bo to w tym wypadku naturalna kolej rzeczy. Dla fizyków teoretycznych to ogromne wyzwanie, ale i pole do budowania nowych koncepcji. W tym wypadku nie będziemy mówić jedynie o ewolucji nauki. Tutaj będzie można spokojnie powiedzieć o rewolucji.

Jeżeli myśleliście, że współczesna nauka to tylko prawdy objawione i trudne do obalenia teorie, a także powszechne poczucie (jedynej słusznej) wszechwiedzy, to proszę: oto dowód na to, iż jest to — od podstaw — nieprawda. Dla naukowców będzie to okres niemałej "nerwówki" - począwszy od uzyskania danych potwierdzających wykazany stan rzeczy, a skończywszy na zrewidowaniu modeli teoretycznych. Wychodzi na to, że nauka ma dla nas jeszcze mnóstwo niespodzianek i zajmując się nią, warto odnosić się do podejścia (według cytatu przypisywanego Sokratesowi): "wiem, że nic nie wiem".