oto sześć wielkich pytań dotyczących naszego wszechświata, na które obecna fizyka nie może odpowiedzieć:
- czym jest ciemna energia, tajemnicza energia, która wydaje się przyspieszać ekspansję wszechświata?
- czym jest ciemna materia, niewidzialna substancja, którą możemy wykryć tylko dzięki jej oddziaływaniu grawitacyjnemu na gwiazdy i galaktyki?
- co spowodowało inflację, ślepo szybką ekspansję wszechświata zaraz po Wielkim Wybuchu?
- co spowodowało wielki wybuch?
- czy istnieje wiele możliwych wielkich wybuchów lub wszechświatów?,
- czy istnieje pewna cecha związana ze śmiercią wszechświata?
pomimo wysiłków jednych z najzdolniejszych mózgów świata, standardowy Model fizyki cząstek elementarnych – nasza aktualna najlepsza teoria działania wszechświata na podstawowym poziomie – nie ma rozwiązania dla tych Pieńków.
przekonująca nowa teoria twierdzi, że rozwiązuje wszystkie sześć za jednym zamachem. Odpowiedź, według artykułu opublikowanego w European Physical Journal C przez Herb Fried z Brown University i Yves Gabellini z Inln-Université de Nice, może być rodzajem cząstki zwanej tachionem.,
Tachiony są hipotetycznymi cząstkami, które podróżują szybciej niż światło. Zgodnie ze szczególną teorią względności Einsteina – i jak wynika z dotychczasowych eksperymentów-w naszym „prawdziwym” świecie cząstki nigdy nie mogą podróżować szybciej niż światło. Co jest równie dobrze: gdyby tak było, nasze wyobrażenia o przyczynie i skutku zostałyby wyrzucone przez okno, ponieważ możliwe byłoby ujrzenie efektu manifestującego się przed jego przyczyną.,
chociaż jest elegancko prosty w koncepcji, model Frieda i Gabelliniego jest kontrowersyjny, ponieważ wymaga istnienia tych tachionów: specjalnie naładowanych elektrycznie, fermionowych tachionów i anty tachionów, wahających się jako wirtualne cząstki w próżni kwantowej (QV). (Idea cząstek wirtualnych sama w sobie nie jest niczym nowym: w modelu standardowym siły takie jak elektromagnetyzm są uważane za pola cząstek wirtualnych, które stale się wymykają. Wszystkie te wirtualne cząstki tworzą próżnię kwantową.,)
ale szczególna teoria względności, mimo że dla zwykłej materii i fotonów porusza się szybciej niż światło, nie wyklucza całkowicie istnienia tachionów. Jak wyjaśnia Fried, ” w obecności zdarzenia o ogromnej energii ,takiego jak wybuch supernowej lub sam wielki wybuch, być może te wirtualne tachiony mogą zostać wyrwane z QV i wysłane do rzeczywistej próżni (RV) naszego codziennego świata, jako prawdziwe cząstki, które nie zostały jeszcze zmierzone.,”
Jeśli te tachiony przekroczą granicę prędkości światła, naukowcy uważają, że ich duże masy i małe odległości interakcji wprowadziłyby do naszego świata niezmiernie małą ilość 'a-przyczynowości'.
Fried i Gabellini dotarli do modelu opartego na tachionach, próbując znaleźć wyjaśnienie ciemnej energii w przestrzeni, która wydaje się napędzać przyspieszającą ekspansję wszechświata. Jako pierwsi zaproponowali, że ciemna energia jest wytwarzana przez fluktuacje wirtualnych par elektronów i pozytonów.,
jednak model ten napotkał matematyczne trudności z nieoczekiwanymi liczbami urojonymi. W szczególnej teorii względności masa spoczynkowa tachionu jest liczbą urojoną, w przeciwieństwie do masy spoczynkowej zwykłych cząstek. Podczas gdy równania i liczby urojone w nowym modelu obejmują znacznie więcej niż proste masy, pomysł jest sugestywny: Gabellini zdał sobie sprawę, że włączając wahające się pary tachionów i anty-tachionów on i Fried mogli anulować i usunąć niechciane liczby urojone z ich obliczeń., Co więcej, Ogromna premia wynikała z tej kreatywnej odpowiedzi na matematyczną konieczność: Gabellini i Fried zdali sobie sprawę, że dodając swoje tachiony do modelu, mogą również wyjaśnić inflację.
„tego założenia nie można zaprzeczyć żadnemu testowi eksperymentalnemu” – mówi Fried-a model pięknie pasuje do istniejących danych eksperymentalnych dotyczących energii ciemnej i energii inflacyjnej.
oczywiście zarówno Fried, jak i Gabellini uznają, że wielu fizyków jest ostrożnych wobec teorii opartych na tak radykalnych założeniach.,
ale, traktowany jako całość, ich model sugeruje możliwość mechanizmu jednoczącego, który powoduje nie tylko inflację i ciemną energię, ale także ciemną materię. Obliczenia sugerują, że te wysokoenergetyczne tachiony ponownie absorbują prawie wszystkie emitowane przez nie fotony i dlatego są niewidoczne.
i jest więcej: jak wyjaśnia Fried, ” gdyby bardzo wysokoenergetyczny tachion wyrzucony do rzeczywistej próżni (RV) spotkał się i anihilował z anty-tachionem tego samego gatunku, ta maleńka kwantowa 'eksplozja' energii mogłaby być zalążkiem innego wielkiego wybuchu, dając początek nowemu wszechświatowi., To 'ziarno' byłoby gęstością energii, w miejscu anihilacji, która jest tak wielka, że' łza ' występuje na powierzchni oddzielającej próżnię kwantową od RV, a ogromne Energie przechowywane w QV są w stanie przebić się do RV, powodując Wielki Wybuch nowego wszechświata. I w ciągu wielu eonów, ta sytuacja może się zdarzyć wiele razy.”
model ten – jak każdy model takich zjawisk, które nie są replikowane jak stworzenie wszechświata-może być po prostu scharakteryzowany jako kuszący zestaw spekulacji., Niemniej jednak, nie tylko pasuje do danych dotyczących inflacji i ciemnej energii, ale również oferuje możliwe rozwiązanie jeszcze innej zaobserwowanej tajemnicy.
w ciągu ostatnich kilku lat astronomowie zdali sobie sprawę, że czarna dziura w centrum naszej Drogi Mlecznej jest 'supermasywna', zawierająca masę miliona lub więcej słońc. I ten sam rodzaj supermasywnej czarnej dziury (SMBH) można zobaczyć w centrach wielu innych galaktyk w naszym obecnym wszechświecie.
jak dokładnie powstają takie obiekty to wciąż pytanie otwarte., Energia zgromadzona w QV jest zwykle wystarczająco duża, aby przeciwdziałać grawitacyjnej tendencji galaktyk do zapadania się w siebie. Jednak w teorii Frieda i Gabelliniego, kiedy powstaje nowy wszechświat, ogromna ilość energii QV ze starego wszechświata ucieka przez ” łzę ” dokonaną przez anihilację tachionowo-anty-tachionową (nowy Wielki Wybuch). W końcu, nawet odległe części Starego wszechświata zostaną dotknięte, ponieważ energia QV starego wszechświata wycieka do nowego wszechświata jak powietrze uciekające przez dziurę w balonie., Spadek tego bufora energii QV przeciwko grawitacji w starym wszechświecie sugeruje, że gdy stary wszechświat umiera, wiele z jego galaktyk utworzy SMBH w nowym wszechświecie, z których każda zawiera masę dawnych słońc i planet starej galaktyki. Niektóre z tych nowych SMBH mogą tworzyć centra nowych galaktyk w nowym wszechświecie.
„To może nie być zbyt przyjemny obraz” – mówi Fried, mówiąc o możliwych losach naszego wszechświata. „Ale jest to przynajmniej naukowo spójne.,”
a w dziwnym, niewyobrażalnym świecie Big Bangs i wielu wszechświatów, konsekwencja może być najlepszym, na co możemy liczyć.