În această săptămână vom vorbi despre energia întunecată. Aceasta domină Universul, este complet lipsită de sens şi se pare că este absolut necesară. Despre energia întunecată nu am mai vorbit în ultima perioadă de timp. Mi-a fost teamă că mă veţi judeca şi îi veţi considera şarlatani pe toţi cosmologii.

 

 

Cu toate acestea, azi voi răspunde la următoarea întrebare: „Nu am văzut niciodată pe cineva care să încerce să explice energia întunecată ca fiind altceva în afară de o trăsătură a Universului. În loc de a explica energia întunecată sub forma unei forţe misterioase ce acţionează în Universul nostru şi care ar provoca expansiunea accelerată a acestuia, a încercat cineva vreodată să explice acest fenomen prin a postula existenţa unui fel de „vid" ce se află în afara Universului şi care are tendinţa să ne „tragă" spre el?"

Conceptul de energie întunecată este atât de dificil de înţeles că aproape în fiecare întrebare pe care o primesc se observă dorinţa de a descoperi o soluţie prin care să facem ca aceasta să dispară. Şi credeţi-mă, împărtăşesc, de asemenea, preocupările voastre. Nu vreau să cred în energia întunecată, dar nu am nicio altă opţiune mai bună.

Pe la mijlocul anilor 1990, pe când eram student, cosmologii au crezut că au reuşit să înţeleagă energia întunecată. Aceasta era cunoscută (sau cel puţin se bănuia existenţa ei) încă din anul 1920 şi cei mai respectabili fizicieni presupuneau, pur şi simplu, că Universul constă dintr-o combinaţie de materie obişnuită şi materie întunecată. Deoarece forţa gravitaţională este atractivă, aceasta ar trebui să acţioneze pentru a menţine legătura dintre obiectele din cadrul Universului.

În acelaşi timp, mai multe echipe de astronomi au observat exploziilor supernovelor îndepărtate. Supernovele (de tipul Ia, dacă trebuie să fiu mai precis) reprezintă adevărate sonde cu adevărat utile pentru cercetarea Universului deoarece: a) ele sunt foarte luminoase, ceea ce înseamnă că le puteţi vedea de la foarte mare distanţă şi b) sunt „lumânări standard", ceea ce înseamnă că dacă le înţelegeţi destul de bine vă puteţi da seama exact cât de luminoase sunt ele cu adevărat şi astfel să puteţi determina distanţa la care se află faţă de noi. Aşa cum am arătat într-un articol anterior noi putem măsura deplasarea spre roşu a luminii ce provine de la aceste supernove şi să aflăm cât de mult s-a extins Universul din momentul când acestea au explodat. Din analiza combinată a gradului de extindere a Universului şi a distanţelor până la supernove, voila!, noi putem determina cât de rapid se produce încetinirea expansiunii Universului.

Doar că nu este aşa.

În anul 1998, High-Z Supernova Search Team care a fost urmată rapid de Supernova Cosmology Project au anunţat că pe baza observaţiilor lor expansiunea Universului este, de fapt, accelerată. Observaţiile ulterioare au confirmat acest lucru şi inculpatul a fost numit „energia întunecată". Ca şi „materia întunecată" numele este menit să ascundă faptul că nu avem nicio idee despre ceea ce este ea cu adevărat.

Energia întunecată, după cum probabil cunoaşteţi dacă sunteţi cititori pasionaţi de ştiinţă, este o „substanţă misterioasă" (ea este întotdeauna numită misterioasă) care provoacă expansiunea accelerată a Universului. Acest lucru nu este chiar atât de ridicol pe cât ar părea la prima vedere, deoarece atunci când vine vorba de gravitaţie aţi fost probabil minţiţi. Probabil ştiţi deja că masa creează un câmp gravitaţional, dar relativitatea generală arată că orice formă de energie (inclusiv o cutie mare cu fotoni) va produce acelaşi lucru. Mai ciudat este că gravitaţia devine mai puternică în cazul în care se exercită o presiune. În condiţii normale, noi nu observăm acest lucru, deoarece chiar şi în centrul Soarelui presiunea este mică în comparaţie cu densitatea de energie.

Energia întunecată reprezintă un caz ciudat. Ideea este că presiunea este negativă ceea ce înseamnă că gravitaţia netă devine repulsivă. Aş fi neglijent dacă nu aş sublinia că energia întunecată ar putea să se asemene cu o formă de antigravitaţie. Dar energia întunecată nu este antigravitaţie, ţineţi minte asta.

Şi cu toate acestea energia întunecată predomină în cadrul Universului, conform celei mai bune estimări pe care o avem în prezent ea reprezintă aproximativ 70% din totalul de energie din Univers. Celor dintre voi care s-au plâns de faptul că noi, pur şi simplu, nu am reuşit să identificăm particula din care este formată materia întunecată, le sugerez să ia în considerare faptul că materia întunecată are cel puţin proprietatea de a se comporta într-un mod asemănător particulelor ce formează materia obişnuită. În ceea ce priveşte energia întunecată, aceasta are o pondere de trei ori mai mare în cadrul Universului în comparaţie cu materia întunecată şi chiar modelele noastre teoretice cele mai bune nu presupun existenţa unor particule pe care să le putem observa într-un detector de particule. Dar asta nu înseamnă că n-am văzut ceva asemănător cu energia întunecată.

Electrodinamica cuantică este, pe lângă a fi un nume minunat pentru o formaţie de muzică, una dintre cele mai de succes teorii care au fost elaborate vreodată. Ea unifică practic electromagnetismul şi mecanica cuantică şi a prezis totul, de la structura detaliată a atomului până la momentul magnetic al electronului, cu o precizie fantastică. De asemenea, ea şi-a câştigat o reputaţie proastă deoarece produce o mulţime de infinituri în calcule. Acest lucru este nedorit dar putem rezolva problema prin scăderea unui infinit din alt infinit. Da, este un truc ieftin. Da, asta mă face să mă simt necinstit. Dar această metodă funcţionează şi vă garantez că nu mă puteţi face să am o părere mai proastă despre mine decât au făcut-o studenţii mei din domeniul teoriei cuantice atunci când le-am distras atenţia cu căţeluşi şi am şters rapid doar valorile de infinit.

O valoare de infinit care apare în această teorie este legată de particule şi antiparticule, acestea fiind în mod constant create din „vid". Există două lucruri interesante şi un lucru foarte neplăcut în legătură cu această „energie a vidului" datorată acestor particule temporare. Primul lucru interesant este că ea are exact presiunea negativă ce este necesară pentru a produce energia întunecată. Al doilea lucru interesant este că aceasta reprezintă ceva real şi nu este ceva inventat. Putem observa „Efectul Casimir" într-un laborator. Două plăci de metal aflate în vid vor fi atrase una spre alta pentru că există mai multe fluctuaţii ale vidului în afara plăcii decât între ele.

Cu toate acestea, un lucru foarte neplăcut este că orice calcul realist cu privire la energia vidului oferă o valoare a densităţii de energie de 10^100 ori mai mare decât densitatea de energie măsurată efectiv pe baza acceleraţiilor supernovelor (chiar dacă rotunjiţi puţin în minus „infinitul"). Aceasta nu este o problemă minoră. Ea reprezintă cea mai mare problemă din fizică şi unul dintre motivele pentru care există atâtea întrebări în legătură cu energia întunecată.

O posibilitate ar fi să presupunem că Universul nu se află într-o expansiune accelerată. Poate că cele mai îndepărtate supernove sunt diferite de cele aflate în apropierea noastră. Este posibil ca datorită acestui efect ciudat Universul să pară a se extinde accelerat? La început şi eu m-am gândit la această posibilitate dar supernovele nu sunt singurul motiv pentru care noi credem în existenţa energiei întunecate.



Una dintre cele mai bune dovezi pe care le avem cu privire la energia întunecată este reprezentată de măsurătorile radiaţiei cosmice de fond, adică radiaţiile ce provin dintr-o perioadă când Universul avea doar aproximativ 380.000 de ani. Putem observa zone fierbinţi şi zone mai reci care s-au comportat precum valurile de apă pe care le observăm în prezent. Deoarece lumina din aceste zone a călătorit, cu aproximaţie, încă de la începutul Universului, înainte de a ajunge la telescoapele noastre, utilizăm aceste informaţii pentru a afla forma Universului cu o precizie incredibilă. Apropo, el este „plat". Aceasta înseamnă că din moment ce ştim că materia obişnuită şi materia întunecată reprezintă până la 30% din energia necesară pentru a face Universul plat, restul de energie este reprezentat de altceva: energia întunecată. Dar asta nu e tot. Din distribuţia galaxiilor, lentila gravitaţională şi numărul de clustere galactice îndepărtate, rezultă un model în care energia întunecată este o caracteristică a sa.

Practic, dacă doriţi să scăpaţi de energia întunecată trebuie să renunţaţi la teoria relativităţii. Aveţi toată libertatea să încercaţi aceasta, dar se pare că ar fi mult mai bine să încercam să ne dăm seama ce este energia întunecată.

Problema este că noi, sincer, nu ştim ce este energia întunecată. O posibilitate ar fi ca constanta cosmologică a lui Einstein să fie corectă. O altă posibilitate ar fi ca energia întunecată să fie un fel de fluid care are o presiune ce ar putea varia în timp şi de la un loc la altul. Până în prezent, nu există nicio dovadă că acesta este cazul real.

Dacă energia vidului este atât de mare atunci de ce energia întunecată este atât de mică? Noi, pur şi simplu, nu ştim. O posibilitate ar fi (şi prin aceasta probabil o să-i enervez pe cei mai mulţi fizicieni) să considerăm principiul antropic. Poate că toate universurile au o energie întunecată mai mare sau mai mică, dar cele care au o energie întunecată mai mare decât cea din Universul nostru se extind accelerat atât de repede încât nu există posibilitatea de a se forma stele sau structuri complexe. Acest lucru ar însemna, desigur, că nu există stele sau fiinţe umane care să poarte această conversaţie.

Deci, să revenim la întrebarea iniţială: s-ar putea ca accelerarea expansiunii Universului să nu fie reală şi aceasta să fie provocată de o acţiune din afara acestuia? Problema este că Universul nu are o margine. Oriunde aţi merge, tot în acest Univers veţi fi. Dar hai să ne jucăm puţin. Să ne imaginăm că Universul nostru are o coajă crocantă şi un producător cosmic de pizza trage de ea din toate părţile.

Ce se întâmplă atunci? Marginile sale pot fi accelerate într-o mişcare de îndepărtare faţă de tine, dar ciupercile din apropiere ar rămâne, mai mult sau mai puţin, pe loc. Aceasta se întâmplă pentru că gravitaţia este o curbură locală din spaţiul-timp şi este nevoie de ceva, să o numim drojdie de energie întunecată, pentru a împinge toate ciupercile departe. Sper că toată această digresiune cu pizza vă va distrage atenţia de la faptul că în timp ce fizicienii sunt siguri că există ceva ce joacă rolul energiei întunecate, noi nu avem nicio idee despre ce este ea.

Şi acum voi cunoaşteţi secretul nostru ruşinos.



Traducere de Cristian-George Podariu după are-physicists-just-making-up-dark-energy


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!