här är sex stora frågor om vårt universum som nuvarande fysik inte kan svara:
- vad är mörk energi, den mystiska energin som verkar påskynda universums expansion?
- vad är mörk materia, den osynliga substansen som vi bara kan upptäcka genom dess gravitationseffekt på stjärnor och galaxer?
- vad orsakade inflationen, den blindande snabba expansionen av universum omedelbart efter Big Bang?
- för den delen, vad orsakade Big Bang?
- finns det många möjliga stora smällar eller universum?,
- finns det en telltale-egenskap i samband med universums död?
trots insatserna från några av världens ljusaste hjärnor har standardmodellen för partikelfysik – vår nuvarande bästa teori om hur universum fungerar på en grundläggande nivå – ingen lösning på dessa stumpers.
en övertygande ny teori hävdar att lösa alla sex i ett enda svep. Svaret, enligt en rapport som publicerades i European Physical Journal C med Ört Stekt från Brown University och Yves Gabellini från INLN-Université de Nice, kan vara en typ av partikel som kallas en tachyon.,
tachyoner är hypotetiska partiklar som färdas snabbare än ljus. Enligt Einsteins speciella relativitetsteori-och enligt experiment hittills-i vår ”riktiga” värld kan partiklar aldrig resa snabbare än ljuset. Vilket är lika bra: om de gjorde, skulle våra idéer om orsak och effekt kastas ut genom fönstret, eftersom det skulle vara möjligt att se en effekt manifest före dess orsak.,
Även om det är elegant enkelt i uppfattningen, är Fried och Gabellinis modell kontroversiell eftersom det kräver förekomsten av dessa tachyoner: speciellt elektriskt laddade, fermioniska tachyoner och anti-tachyoner, fluktuerande som virtuella partiklar i kvantvakuumet (QV). (Idén om virtuella partiklar i sig är inget nytt: i Standardmodellen betraktas krafter som elektromagnetism som Fält av virtuella partiklar som ständigt strömmar in och ut ur existens. Sammantaget utgör alla dessa virtuella partiklar kvantvakuumet.,)
men speciell relativitet, även om den stänger snabbare än lätt resa för vanlig materia och fotoner, utesluter inte helt förekomsten av tachyoner. Som Fried förklarar, ” i närvaro av en enorm energihändelse, som en supernovaexplosion eller Big Bang själv, kanske kan dessa virtuella tachyoner slits ut ur QV och skickas som flyger in i det verkliga vakuumet (RV) i vår vardag, som riktiga partiklar som ännu inte har uppmätts.,”
om dessa tachyoner korsar ljusets hastighet, tror forskarna att deras höga massor och små avstånd av interaktion skulle introducera i vår värld en oändligt liten mängd ”a-kausalitet”.
Fried och Gabellini kom fram till sin tachyon-baserade modell samtidigt som man försökte hitta en förklaring till den mörka energin i hela rymden som verkar bränna den accelererande expansionen av universum. De föreslog först att mörk energi produceras av fluktuationer av virtuella par elektroner och positroner.,
denna modell stötte dock på matematiska svårigheter med oväntade imaginära tal. I speciell relativitet är emellertid resten av en tachyon ett imaginärt tal, till skillnad från resten av vanliga partiklar. Medan ekvationerna och imaginära tal i den nya modellen involverar mycket mer än enkla massor, är tanken suggestiv: Gabellini insåg att genom att inkludera fluktuerande par tachyoner och anti-tachyoner kunde han och stekt avbryta och ta bort de oönskade imaginära siffrorna från sina beräkningar., Dessutom följde en stor bonus från detta kreativa svar på matematisk nödvändighet: Gabellini och Fried insåg att de kunde förklara inflationen genom att lägga till sina tachyoner till modellen.
”detta antagande kan inte förnekas av något experimentellt test”, säger Fried – och modellen passar vackert med befintliga experimentella data om mörk energi och inflationsenergi.
naturligtvis erkänner både stekt och Gabellini att många fysiker är försiktiga med teorier baserade på sådana radikala antaganden.,
men, som helhet, föreslår deras modell möjligheten till en enande mekanism som ger upphov inte bara till inflation och mörk energi utan också till mörk materia. Beräkningar tyder på att dessa högenergitachyoner skulle absorbera nästan alla de fotoner de avger och därmed vara osynliga.
och det finns mer: som Fried förklarar, ” om en mycket hög energi tachyon flungade in i det verkliga vakuumet (RV) skulle sedan träffas och förinta med en anti-tachyon av samma art, kan denna lilla quantum ’explosion’ av energi vara fröet till en annan Big Bang, vilket ger upphov till ett nytt universum., Det ”fröet” skulle vara en energitäthet, på den platsen av förintelse, vilket är så stort att en ” tår ” uppstår i ytan som skiljer Kvantvakuumet från RV, och de stora energierna som lagras i QV kan spränga sig in i RV och producera Big Bang i ett nytt universum. Och under loppet av flera eons, denna situation kan hända flera gånger.”
denna modell – som vilken modell som helst av sådana icke-replikerbara fenomen som universums skapelse – kan helt enkelt karakteriseras som en tantaliserande uppsättning spekulationer., Ändå passar det inte bara med data om inflation och mörk energi, men erbjuder också en möjlig lösning på ännu ett observerat mysterium.
under de senaste åren har astronomer insett att det svarta hålet i mitten av Vintergatan är ”supermassivt”, som innehåller en massa på en miljon eller fler Solar. Och samma typ av supermassiva svarta hål (SMBH) kan ses i mitten av många andra galaxer i vårt nuvarande universum.
exakt hur sådana objekt bildar är fortfarande en öppen fråga., Energin som lagras i QV är normalt tillräckligt stor för att motverka galaxernas gravitationstendens att kollapsa i sig själva. I teorin om Fried och Gabellini, men när ett nytt universum bildas, flyr en stor del av QV-energin från det gamla universum genom den ” tår ” som gjorts av tachyon-Anti-tachyon-förintelsen (den nya Big Bang). Så småningom kommer även avlägsna delar av det gamla universum att påverkas, eftersom det gamla universums QV-energi läcker in i det nya universum som luft som flyr genom ett hål i en ballong., Minskningen i denna QV-energibuffert mot gravitationen i det gamla universum tyder på att när det gamla universum dör kommer många av dess galaxer att bilda SMBHs i det nya universum, som alla innehåller massan av den gamla galaxens tidigare Solar och planeter. Några av dessa nya SMBHs kan bilda centrum för nya galaxer i det nya universum.
”det här kanske inte är en mycket trevlig bild”, säger Fried, som talar om vårt eget universums möjliga öde. ”Men det är åtminstone vetenskapligt konsekvent.,”
och i den konstiga, ostabila världen av stora smällar och flera universum kan konsistens vara det bästa vi kan hoppas på.