אסטרונומים ברחבי העולם מעט מסובכים כיוון שהם לא יכולים להסכים עם מהירות התרחבות היקום.
מאז שהיקום שלנו התפוצץ מפיצוץ של גרגר זעיר של צפיפות וכוח אינסופי, הוא התפוצץ, וגם לא בקצב קבוע - התפשטות היקום ממשיכה להתגבר.
אבל כמה מהר זה מתרחב הועמד לוויכוח מסחרר. מדידות של קצב התפשטות זה ממקורות סמוכים נראות בקונפליקט עם אותה מדידה שנלקחה ממקורות מרוחקים. הסבר אפשרי אחד הוא שלמעשה, משהו פאנקי מתרחש ביקום ומשנה את קצב ההתרחבות.
ותאורטיקן אחד הציע שחלק חדש לגמרי יצא ומשנה את גורלו העתידי של כל הקוסמוס שלנו.
האבל, האבל, עמל וטרחה
אסטרונומים תכננו מספר דרכים חכמות למדוד את מה שהם מכנים פרמטר האבל, או קבוע האבל (מסומן לאנשים עם חייהם העמוסים כ- H0). מספר זה מייצג את קצב ההתפשטות של היקום כיום.
אחת הדרכים למדידת קצב ההתרחבות כיום היא להסתכל על סופרנובות הסמוכות, פיצוץ הגז והאבק שהושק מכוכבי היקום הגדולים ביותר לאחר מותם. יש סוג סופרנובה מסוים שיש בו בהירות מאוד ספציפית, כך שנוכל להשוות כמה הם נראים בהירים עד כמה אנו יודעים שהם אמורים להיות ולחשב את המרחק. ואז, על ידי התבוננות באור מהגלקסיה המארחת של הסופרנובה, האסטרופיזיקאים יכולים גם לחשב כמה מהר הם מתרחקים מאיתנו. על ידי הרכבת כל החלקים נוכל לחשב את קצב ההתפשטות של היקום.
אבל יש יותר ביקום מאשר כוכבים מתפוצצים. יש גם משהו שנקרא רקע המיקרוגל הקוסמי, שהוא האור שנותר ממש אחרי המפץ הגדול, כשהיקום שלנו היה תינוק בלבד, בן 380,000 שנה בלבד. עם משימות כמו לוויין פלאנק שהוטל עליה למפות את קרינת השרידים הזו, למדענים יש מפות מדויקות להפליא של הרקע הזה, בהן ניתן להשתמש כדי לקבל תמונה מדויקת מאוד של תוכן היקום. ומשם, אנו יכולים לקחת את המרכיבים הללו ולהעביר את השעון קדימה עם דגמי מחשב ולהיות מסוגלים לומר מה צריך להיות קצב ההתרחבות היום - בהנחה שמרכיבי היסוד של היקום לא השתנו מאז.
שני ההערכות האלה לא מסכימות מספיק כדי לגרום לאנשים קצת לחשוש שאנחנו מפספסים משהו.
הביטו לצד האפל
אולי מדידה אחת או שתיהן שגויה או לא שלמה; המון מדענים משני צדי הדיון משליכים את כמות הבוץ המתאימה לעבר מתנגדיהם. אבל אם אנו מניחים ששתי המדידות מדויקות, אנו זקוקים למשהו אחר שיסביר את המדידות השונות. מכיוון שמדידה אחת מגיעה מהיקום הקדום מאוד, ואחרת מגיעה מהתקופה האחרונה יחסית יותר, החשיבה היא שאולי מרכיב חדש בקוסמוס משנה את קצב ההתפשטות של היקום באופן שלא תפסנו בו כבר דגמים.
ומה ששולט בהתפשטות היקום כיום זו תופעה מסתורית שאנו מכנים אנרגיה אפלה. זה שם מדהים למשהו שאנחנו בעצם לא מבינים. כל מה שאנחנו יודעים הוא שקצב ההתפשטות של היקום כיום הוא מאיץ, ואנחנו מכנים את הכוח המניע את ההאצה הזו "אנרגיה אפלה".
בהשוואות שלנו מהיקום הצעיר ליקום של ימינו, הפיזיקאים מניחים כי אנרגיה אפלה (אשר תהיה) היא קבועה. אבל עם ההנחה הזו יש לנו את המחלוקת הנוכחית, כך שאולי אנרגיה אפלה משתנה.
אני מניח ששווה צילום. בואו נניח שהאנרגיה האפלה משתנה.
למדענים יש חשד מתגנב שאנרגיה אפלה קשורה לאנרגיה שננעלת בתוך הוואקום של זמן החלל עצמו. אנרגיה זו מגיעה מכל "שדות הקוונטים" המחלחלים ליקום.
בפיזיקה הקוונטית המודרנית, כל סוג של חלקיק קשור לתחום הספציפי שלו. שדות אלה שוטפים לאורך כל המרחב-זמן, ולפעמים חלקים מהשדות מתלהבים במקומות והופכים לחלקיקים שאנחנו מכירים ואוהבים - כמו אלקטרונים וקווארקים ונייטרינים. אז כל האלקטרונים שייכים לשדה האלקטרונים, כל הנייטרינים שייכים לשדה הנייטרינו וכן הלאה. האינטראקציה בין שדות אלה מהווה את הבסיס הבסיסי להבנתנו את העולם הקוונטי.
ולא משנה לאן אתה הולך ביקום, אתה לא יכול לברוח משדות הקוונטים. אפילו כאשר הם לא רוטטים מספיק במקום מסוים בכדי ליצור חלקיק, הם עדיין שם, מתנדנדים ורוטטים ועושים את הדבר הקוונטי הרגיל שלהם. אז לשדות הקוונטים האלה יש כמות בסיסית של אנרגיה הקשורה אליהם, אפילו בוואקום הריק והרקום עצמו.
אם אנו רוצים להשתמש באנרגיה הקוונטית האקזוטית של הוואקום של זמן-חלל כדי להסביר אנרגיה אפלה, אנו נתקלים מייד בבעיות. כאשר אנו מבצעים כמה חישובים פשוטים מאוד, נאיביים מאוד, של כמה אנרגיה יש בוואקום בגלל כל שדות הקוונטים, אנו בסופו של דבר עם מספר שהוא בסביבות 120 סדרי גודל חזקים יותר ממה שאנו רואים באנרגיה אפלה להיות. אופס.
מצד שני, כשאנחנו מנסים כמה חישובים מתוחכמים יותר, אנחנו בסופו של דבר עם מספר שהוא אפס. מה שאינו מסכים עם הכמות המדודה של האנרגיה האפלה. שוב שוב.
אז לא משנה מה, קשה לנו מאוד לנסות להבין אנרגיה אפלה דרך שפת אנרגיית הוואקום של זמן-חלל (האנרגיה הנוצרת על ידי שדות הקוונטים). אבל אם המדידות הללו של קצב ההתרחבות מדויקות והאנרגיה האפלה באמת משתנה, אז זה עשוי לתת לנו מושג לאופי אותם שדות קוונטיים. באופן ספציפי, אם אנרגיה אפלה משתנה, זה אומר ששדות הקוונטים עצמם השתנו.
אויב חדש מופיע
במאמר שפורסם לאחרונה באינטרנט בכתב העת preprint arXiv, הפיזיקאי התיאורטי מאסימו קרדוניו מאוניברסיטת פדובה חישב את כמות השינוי בשדות הקוונטים הדרושים כדי להסביר את שינוי האנרגיה האפלה.
אם יש שדה קוונטי חדש שאחראי לשינוי באנרגיה אפלה, פירושו שיש חלקיק חדש שם ביקום.
וכמות השינוי באנרגיה האפלה שחישב קרדניו דורשת סוג מסוים של מסת חלקיקים, שמתברר כי היא בערך אותה מסה של סוג חדש של חלקיק שכבר ניבא: מה שנקרא ציר. פיזיקאים המציאו את החלקיק התיאורטי הזה כדי לפתור כמה בעיות בהבנה הקוונטית שלנו של הכוח הגרעיני החזק.
חלקיק זה ככל הנראה הופיע ביקום המוקדם מאוד, אך "אורב" ברקע בעוד כוחות וחלקיקים אחרים שלטו על כיוון היקום. ועכשיו הגיע תורו של הציר…
אף על פי כן, מעולם לא גילינו ציר, אך אם החישובים האלה נכונים, פירוש הדבר שהציר הוא שם בחוץ, ממלא את היקום ואת שדה הקוונטים שלו. כמו כן, ציר היפותטי זה כבר מגלה את עצמו על ידי שינוי כמות האנרגיה האפלה בקוסמוס. אז יכול להיות שלמרות שמעולם לא ראינו את החלקיק הזה במעבדה, הוא כבר משנה את היקום שלנו בגודל המאזניים הגדול ביותר.
