Her er seks store spørgsmål om vores univers, at den nuværende fysik kan ikke besvare:
- Hvad er mørk energi, den mystiske energi, der ser ud til at være accelererende ekspansion af universet?
- hvad er mørkt stof, det usynlige stof, vi kun kan registrere ved dets gravitationseffekt på stjerner og galakser?
- hvad forårsagede inflation, den blændende hurtige udvidelse af universet umiddelbart efter Big Bang?
- For den sags skyld, Hvad forårsagede Big Bang?
- er der mange mulige Big Bangs eller universer?,
- er der en afslørende egenskab forbundet med universets død?
på trods af indsatsen fra nogle af verdens lyseste hjerner har standardmodellen for partikelfysik – vores nuværende bedste teori om, hvordan universet fungerer på et grundlæggende niveau – ingen løsning på disse stumpere.
en overbevisende ny teori hævder at løse alle seks i et enkelt feje. Svaret, ifølge et dokument, der er offentliggjort i European Physical Journal C af Urter Stegt fra Brown University og Yves Gabellini fra INLN-Université de Nice, kan være en slags partikel kaldet en tachyon.,
tachyoner er hypotetiske partikler, der bevæger sig hurtigere end lys. I henhold til Einsteins specielle relativitetsteori – og ifølge eksperiment indtil videre-i vores ‘virkelige’ verden kan partikler aldrig rejse hurtigere end lys. Det er lige så godt: hvis de gjorde det, ville vores ideer om årsag og virkning blive smidt ud af vinduet, fordi det ville være muligt at se en effekt manifestere før dens årsag.,
selvom det er elegant enkelt i undfangelsen, er Fried og Gabellinis model kontroversiel, fordi den kræver eksistensen af disse tachyoner: specifikt elektrisk ladede, fermioniske tachyoner og anti-tachyoner, der svinger som virtuelle partikler i kvantevakuumet (.v). (Ideen om virtuelle partikler i sig selv er ikke noget nyt: i standardmodellen betragtes kræfter som elektromagnetisme som felter af virtuelle partikler, der konstant kryber ind og ud af eksistensen. Tilsammen udgør alle disse virtuelle partikler kvantevakuumet.,)
men speciel relativitet, selvom den barer hurtigere end lys rejse for almindeligt stof og fotoner, udelukker ikke helt eksistensen af tachyoner. Som Fried forklarer, “i nærværelse af en enorm energibegivenhed, såsom en supernovaeksplosion eller selve Big Bang, kan disse virtuelle tachyoner måske rives ud af QV og sendes flyvende ind i det virkelige vakuum (RV) i vores daglige verden, som virkelige partikler, der endnu ikke er målt.,”
Hvis disse tachyoner krydser lysets hastighed, mener forskerne, at deres høje masser og små afstande af interaktion ville introducere i vores verden en umådelig lille mængde ‘a-kausalitet’.
Fried og Gabellini ankom til deres tachyon-baserede model, mens de forsøgte at finde en forklaring på den mørke energi i hele rummet, der ser ud til at brænde universets accelererende udvidelse. De foreslog først, at mørk energi produceres af udsving i virtuelle par elektroner og positroner.,
denne model løb imidlertid ind i matematiske vanskeligheder med uventede imaginære tal. I særlig relativitet er restmassen af en tachyon imidlertid et imaginært tal, i modsætning til resten af almindelige partikler. Mens ligninger og imaginære tal i den nye model indebærer langt mere end blot masserne, ideen er tankevækkende: Gabellini indså, at ved at inkludere svingende par af tachyons og anti-tachyons han og Stegt kunne annullere og fjerne de uønskede imaginære tal fra deres beregninger., Derudover fulgte en enorm bonus fra dette kreative svar på matematisk nødvendighed: Gabellini og Fried indså, at de ved at tilføje deres tachyoner til modellen også kunne forklare inflationen.
“denne antagelse kan ikke negeres ved nogen eksperimentel test,” siger Fried – og modellen passer smukt med eksisterende eksperimentelle data om mørk energi og inflationsenergi.
selvfølgelig erkender både Fried og Gabellini, at mange fysikere er forsigtige med teorier baseret på sådanne radikale antagelser.,
men taget som helhed antyder deres model muligheden for en samlende mekanisme, der ikke kun giver anledning til inflation og mørk energi, men også til mørkt stof. Beregninger antyder, at disse højenergi-tachyoner ville absorbere næsten alle de fotoner, de udsender, og dermed være usynlige.
og der er mere: som Fried forklarer, “Hvis en meget højenergi tachyon kastet ind i det virkelige vakuum (RV) derefter skulle mødes og udslette med en anti-tachyon af samme art, kunne denne lille kvante ‘eksplosion’ af energi være frøet til et andet Big Bang, hvilket giver anledning til et nyt univers., At ‘afkom’ ville være en energitæthed, der er på dette sted af udslettelse, som er så stor, at a ‘rive’ forekommer i overfladen adskiller Quantum Vakuum fra RV, og den enorme energi, der er gemt i den QV er i stand til at sprænge sig vej ind i RV, producerer Big Bang i et nyt univers. Og i løbet af flere eoner kan denne situation ske flere gange.”
denne model – som enhver model af sådanne ikke-replikerbare fænomener som universets skabelse – kan simpelthen karakteriseres som et fristende sæt spekulationer., Ikke desto mindre passer det ikke kun med data om inflation og mørk energi, men tilbyder også en mulig løsning på endnu et observeret mysterium.
inden for de sidste par år har astronomer indset, at det sorte hul i midten af vores Mælkevejsgalakse er ‘supermassiv’, der indeholder massen på en million eller flere Sole. Og den samme slags supermassive sorte hul (SMBH) kan ses i centrum af mange andre galakser i vores nuværende univers.
præcis hvordan sådanne objekter danner er stadig et åbent spørgsmål., Den energi, der opbevares i QV, er normalt stor nok til at modvirke galaksernes gravitationstendens til at kollapse ind på sig selv. I teorien om Fried og Gabellini slipper imidlertid, når et nyt univers dannes, en enorm mængde af QV-energien fra det gamle univers gennem den ‘tåre’, der er foretaget af Tachyon-anti-tachyon-udslettelse (det nye Big Bang). Til sidst vil selv fjerne dele af det gamle univers blive påvirket, når det gamle universs QV-energi siver ind i det nye univers, som luft, der slipper ud gennem et hul i en ballon., Faldet i denne QV-energi buffer mod tyngdekraften i det gamle univers antyder, at når det gamle univers dør, vil mange af dets galakser danne SMBHs i det nye univers, der hver indeholder massen af den gamle galakses tidligere Sole og planeter. Nogle af disse nye SMBHs kan danne Centre for nye galakser i det nye univers.
“Dette er måske ikke et meget behageligt billede,” siger Fried og taler om vores eget universs mulige skæbne. “Men det er i det mindste videnskabeligt konsistent.,”
og i den underlige, ufattelige verden af Big Bangs og flere universer kan konsistens være det bedste, vi kan håbe på.