Hier sind sechs große Fragen zu unserem Universum, die die aktuelle Physik nicht beantworten kann:
- Was ist dunkle Energie, die mysteriöse Energie, die die Expansion des Universums zu beschleunigen scheint?
- Was ist dunkle Materie, die unsichtbare Substanz, die wir nur durch ihre Gravitationseffekte auf Sterne und Galaxien erkennen können?
- Was hat Inflation verursacht, die blind schnelle Expansion des Universums unmittelbar nach dem Urknall?
- Was hat den Urknall verursacht?
- Gibt es viele mögliche große Pony oder Universen?,
- Gibt es eine verräterische Eigenschaft, die mit dem Tod eines Universums verbunden ist?
Trotz der Bemühungen einiger der hellsten Gehirne der Welt hat das Standardmodell der Teilchenphysik-unsere derzeit beste Theorie, wie das Universum auf fundamentaler Ebene funktioniert-keine Lösung für diese Stoßstangen.
Eine überzeugende neue Theorie behauptet, alle sechs in einem einzigen Sweep zu lösen. Die Antwort könnte laut einem im European Physical Journal C veröffentlichten Papier von Herb Fried von der Brown University und Yves Gabellini von der INLN-Université de Nice eine Art Teilchen sein, das Tachyon genannt wird.,
Tachyonen sind hypothetische Teilchen, die sich schneller bewegen als Licht. Nach Einsteins spezieller Relativitätstheorie – und nach bisherigen Experimenten – können Teilchen in unserer „realen“ Welt niemals schneller als Licht reisen. Was genauso gut ist: Wenn sie es tun würden, würden unsere Vorstellungen von Ursache und Wirkung aus dem Fenster geworfen, weil es möglich wäre, einen Effekt zu sehen, der sich vor seiner Ursache manifestiert.,
Obwohl es in der Konzeption elegant einfach ist, ist das Modell von Fried und Gabellini umstritten, da es die Existenz dieser Tachyonen erfordert: speziell elektrisch geladene, fermionische Tachyonen und Antitachyonen, die als virtuelle Teilchen im Quantenvakuum (QV) schwanken. (Die Idee der virtuellen Teilchen an sich ist nichts Neues: Kräfte wie der Elektromagnetismus werden im Standardmodell als Felder virtueller Teilchen betrachtet, die sich ständig in und aus der Existenz ducken. Zusammengenommen bilden all diese virtuellen Teilchen das Quantenvakuum.,)
Aber die besondere Relativität schließt die Existenz von Tachyonen nicht vollständig aus, obwohl sie für gewöhnliche Materie und Photonen schneller als Licht ist. Wie Fried erklärt: „In Gegenwart eines energiereichen Ereignisses wie einer Supernova-Explosion oder des Urknalls selbst können diese virtuellen Tachyonen möglicherweise aus dem QV herausgerissen und als echte Teilchen, die noch gemessen werden müssen, in das reale Vakuum (RV) unserer Alltagswelt geschickt werden.,“
Wenn diese Tachyonen die Lichtgeschwindigkeitsgrenze überschreiten, glauben die Forscher, dass ihre hohen Massen und kleinen Interaktionsabstände in unsere Welt eine unermesslich geringe Menge an ‚a-Kausalität’einbringen würden.
Fried und Gabellini kamen zu ihrem tachyonbasierten Modell, während sie versuchten, eine Erklärung für die dunkle Energie im Raum zu finden, die die beschleunigte Expansion des Universums anzutreiben scheint. Sie schlugen zunächst vor, dass dunkle Energie durch Schwankungen virtueller Elektronen-und Positronenpaare erzeugt wird.,
Dieses Modell hatte jedoch mathematische Schwierigkeiten mit unerwarteten imaginären Zahlen. In besonderer Relativität ist jedoch die Ruhemasse eines Tachyons im Gegensatz zur Ruhemasse gewöhnlicher Teilchen eine imaginäre Zahl. Während die Gleichungen und imaginären Zahlen im neuen Modell weit mehr als nur einfache Massen beinhalten, ist die Idee suggestiv: Gabellini erkannte, dass er und Fried durch die Einbeziehung schwankender Paare von Tachyonen und Anti-Tachyonen die unerwünschten imaginären Zahlen aufheben und aus ihren Berechnungen entfernen konnten., Darüber hinaus folgte aus dieser kreativen Antwort auf die mathematische Notwendigkeit ein großer Bonus: Gabellini und Fried erkannten, dass sie durch Hinzufügen ihrer Tachyonen zum Modell auch die Inflation erklären konnten.
„Diese Annahme kann durch keinen experimentellen Test negiert werden“, sagt Fried – und das Modell passt wunderbar zu bestehenden experimentellen Daten über dunkle Energie und Inflationsenergie.
Natürlich erkennen sowohl Fried als auch Gabellini, dass viele Physiker sich vor Theorien hüten, die auf solch radikalen Annahmen basieren.,
Insgesamt deutet ihr Modell jedoch auf die Möglichkeit eines Vereinigungsmechanismus hin, der nicht nur Inflation und dunkle Energie, sondern auch dunkle Materie hervorruft. Berechnungen deuten darauf hin, dass diese hochenergetischen Tachyonen fast alle von ihnen emittierten Photonen wieder absorbieren und daher unsichtbar sind.
Und es gibt noch mehr: Wie Fried erklärt: „Wenn ein sehr energiereicher Tachyon in das reale Vakuum (RV) geschleudert würde, um sich mit einem Anti-Tachyon derselben Art zu treffen und zu vernichten, könnte diese winzige Quantenexplosion der Energie der Samen eines anderen Urknalls sein und ein neues Universum entstehen lassen., Dieser „Samen“ wäre eine Energiedichte an diesem Ort der Vernichtung, die so groß ist, dass ein „Riss“ in der Oberfläche auftritt, der das Quantenvakuum vom RV trennt, und die im QV gespeicherten riesigen Energien können ihren Weg in das RV sprengen und den Urknall eines neuen Universums erzeugen. Und im Laufe mehrerer Äonen könnte diese Situation mehrmals auftreten.“
Dieses Modell-wie jedes Modell solcher nicht replizierbaren Phänomene wie die Erschaffung des Universums – kann einfach als eine verlockende Menge von Spekulationen charakterisiert werden., Dennoch passt es nicht nur zu Inflationsdaten und dunkler Energie, sondern bietet auch eine mögliche Lösung für ein weiteres beobachtetes Rätsel.
In den letzten Jahren haben Astronomen erkannt, dass das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße „supermassiv“ ist und die Masse von einer Million oder mehr Sonnen enthält. Und die gleiche Art von supermassivem Schwarzem Loch (SMBH) kann in den Zentren vieler anderer Galaxien in unserem gegenwärtigen Universum gesehen werden.
Wie genau sich solche Objekte bilden, ist noch offen., Die im QV gespeicherte Energie ist normalerweise groß genug, um der Gravitationstendenz von Galaxien entgegenzuwirken, an sich zusammenzubrechen. In der Theorie von Fried und Gabellini entweicht jedoch, wenn sich ein neues Universum bildet, eine große Menge der QV-Energie aus dem alten Universum durch die „Träne“, die durch die Tachyon-Anti-Tachyon-Vernichtung (den neuen Urknall) verursacht wird. Schließlich werden sogar weit entfernte Teile des alten Universums betroffen sein, da die QV-Energie des alten Universums wie Luft, die durch ein Loch in einem Ballon entweicht, in das neue Universum gelangt., Die Abnahme dieses QV-Energiepuffers gegen die Schwerkraft im alten Universum legt nahe, dass mit dem Tod des alten Universums viele seiner Galaxien SMBHs im neuen Universum bilden werden, die jeweils die Masse der ehemaligen Sonnen und Planeten der alten Galaxie enthalten. Einige dieser neuen SMBHs können die Zentren neuer Galaxien im neuen Universum bilden.
„Das mag kein sehr angenehmes Bild sein“, sagt Fried und spricht vom möglichen Schicksal unseres eigenen Universums. „Aber es ist zumindest wissenschaftlich konsistent.,“
Und in der seltsamen, unhaltbaren Welt von Big Bangs und mehreren Universen kann Konsistenz das Beste sein, auf das wir hoffen können.