מאז סוף שנות העשרים, האסטרונומים היו מודעים לעובדה שהיקום נמצא במצב של התפשטות. תחילה ניבאה על ידי תיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין, מימוש זה המשיך ליידע את המודל הקוסמולוגי המקובל ביותר - תיאוריית המפץ הגדול. עם זאת, הדברים נעשו מעט מבלבלים במהלך שנות התשעים, כאשר התצפיות המשופרות הראו כי קצב ההתרחבות של היקום מאיץ מיליארדי שנים.
זה הוביל לתיאוריה של אנרגיה אפלה, כוח בלתי נראה מסתורי המניע את התפשטות הקוסמוס. בדומה לחומר האפל שהסביר את "המסה החסרה", אז היה צורך למצוא אנרגיה חמקמקה זו, או לפחות לספק מסגרת תיאורטית קוהרנטית עבורה. מחקר חדש מאוניברסיטת קולומביה הבריטית (UBC) מנסה לעשות זאת בדיוק על ידי הנחת היקום מתרחב בגלל תנודות במרחב ובזמן.
המחקר - שפורסם לאחרונה בכתב העת סקירה גופנית ד הובל על ידי צ'ינגדי וואנג, סטודנט לתואר שלישי במחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה ב- UBC. תחת פיקוחו של פרופסור UBC וויליאם אונורה (האיש שהציע את אפקט או"ה) ובסיועו של ג'ן ז'ו (סטודנט נוסף לתואר דוקטור באוניברסיטת UBC), הם מספקים נקודת מבט חדשה על האנרגיה האפלה.
הצוות התחיל בהתייחסות לחוסר העקביות הנובעות משתי התיאוריות העיקריות המביאות יחד את כל תופעות הטבע ביקום. תיאוריות אלה אינן אלא היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים, המסבירות באופן יעיל כיצד היקום מתנהג בגדול המאזניים (כלומר כוכבים, גלקסיות, אשכולות) והקטנים ביותר (חלקיקים תת-אטומיים).
למרבה הצער, שתי תיאוריות אלה אינן עקביות כשמדובר בעניין קטן המכונה כוח משיכה, אשר מדענים עדיין אינם מסוגלים להסביר במונחים של מכניקת הקוונטים. קיומה של אנרגיה אפלה והתרחבות היקום הם נקודת מחלוקת נוספת. בתור התחלה, תיאוריות המועמדים כמו אנרגיית ואקום - שהיא אחד ההסברים הפופולריים ביותר לאנרגיה אפלה - מציגות אי התאמות חמורות.
על פי מכניקת הקוונטים, לאנרגיית ואקום תהיה צפיפות אנרגיה גדולה להפליא. אבל אם זה נכון, אז היחסות הכללית צופה כי לאנרגיה זו תהיה השפעה כבידה חזקה להפליא, כזו אשר תהיה חזקה מספיק בכדי לגרום ליקום להתפוצץ בגודלו. כפי שפרופ 'אונורה שיתף עם מגזין החלל באמצעות הדוא"ל:
"הבעיה היא שכל חישוב נאיבי של אנרגיית הוואקום נותן ערכי ענק. אם מניחים שקיימת ניתוק כלשהו, כך שלא ניתן לקבל צפיפות אנרגיה גדולה בהרבה מצפיפות האנרגיה של פלאנק (או בערך 1095 ג'ול / מטר 3) ואז מגלים שאדם מקבל קבוע האבל - סולם הזמן בו היקום מכפיל בערך את גודלו - בסדר גודל של 10-44 שניות לכן, הגישה הרגילה היא לומר שאיכשהו משהו מצמצם את זה כך שאדם מקבל את שיעור ההתרחבות בפועל של כעשרה מיליארד שנים במקום זאת. אבל 'איכשהו' זה די מסתורי ואף אחד לא הצליח להגיע עם מנגנון משכנע למחצה. "
בעוד שמדענים אחרים ביקשו לשנות את תיאוריות היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים כדי לפתור את חוסר העקביות הללו, וואנג ועמיתיו חיפשו גישה אחרת. כפי שהסביר וואנג למגזין החלל באמצעות המייל:
"מחקרים קודמים מנסים לשנות את מכניקת הקוונטים בדרך כלשהי בכדי להפוך את אנרגיית הוואקום לקטנה או מנסה לשנות את היחסות הכללית בדרך כלשהי בכדי להפוך את כוח המשיכה למרדד באנרגיה ואקום. עם זאת, מכניקת הקוונטים ותורת היחסות הכללית הם שתי התיאוריות המצליחות ביותר המסבירות כיצד היקום שלנו עובד ... במקום לנסות לשנות את מכניקת הקוונטים או את היחסות הכללית, אנו מאמינים שעלינו להבין אותם קודם כל טוב יותר. אנו לוקחים ברצינות את צפיפות האנרגיה הגדולה בוואקום החזוי על ידי מכניקת הקוונטים ופשוט נותנים להם לנסוע על פי היחס הכללי מבלי לשנות אף אחד מהם. "
לצורך המחקר, וואנג ועמיתיו ערכו מערכות חישובים חדשות על אנרגיית ואקום שלקחו בחשבון את צפיפות האנרגיה הגבוהה שלה. לאחר מכן הם שקלו את האפשרות שבמרבית הקשקשים - מיליארדי פעמים קטנים יותר מאלקטרונים - מרקם החלל נתון לתנודות בר, המתנדנדות בכל נקודה בין התרחבות להתכווצות.
כשהוא מתנדנד קדימה ואחורה, התוצאה של תנודות אלה היא אפקט נטו בו היקום מתרחב לאט, אך בקצב מאיץ. לאחר שביצעו את חישוביהם, הם ציינו כי הסבר כזה עולה בקנה אחד עם קיומם של צפיפות אנרגיה ואקום קוונטית ויחסות כללית. נוסף על כך, זה גם תואם את מה שמדענים צופים ביקום שלנו כמעט מאה שנה. כפי שתאר אותה אונורה:
"החישובים שלנו הראו שאפשר להתייחס בעקביות ל [כי] היקום בסולם הזעיר ביותר הוא למעשה מתרחב ומתכווץ בקצב מהיר להפליא; אבל זה בקנה מידה גדול, בגלל הממוצע של אותם מאזניים זעירים, הפיזיקה לא תבחין בקצף הקוונטי הזה. יש לו אפקט שיורי זעיר במתן קבוע קוסמולוגי יעיל (אפקט מסוג אנרגיה כהה). במובנים מסוימים זה כמו גלים על האוקיאנוס שנעים כאילו האוקיאנוס היה חלק לחלוטין, אבל באמת אנחנו יודעים שיש את הריקוד המדהים הזה של האטומים שמרכיבים את המים, והגלים ממוצעים על פני התנודות הללו ומתנהגים כאילו המשטח היה חלק. "
בניגוד לתיאוריות סותרות של יקום בו לא ניתן לפתור את הכוחות השונים השולטים בו ועליהם לבטל זה את זה, וונג ועמיתיו מציגים תמונה בה היקום נמצא כל הזמן בתנועה. בתרחיש זה, ההשפעות של אנרגיית הוואקום הן למעשה ביטול עצמי, וגם מולידות את ההתפשטות וההאצה בה אנו צופים כל הזמן הזה.
אף על פי שמקודם לספר זאת, דימוי זה של יקום שהוא דינאמי מאוד (אפילו במלוא הזמנים) עשוי לחולל מהפכה בהבנתנו את זמן החלל. לכל הפחות, ממצאים תיאורטיים אלה בטוחים לעורר דיון בתוך הקהילה המדעית, כמו גם ניסויים שנועדו להציע ראיות ישירות. וזה, כידוע, הדרך היחידה שנוכל לקדם את הבנתנו בדבר הזה המכונה היקום.
