Al decennia lang hebben wetenschappers zich verbaasd over het feit dat ons universum zich uitbreidt. Logisch gezien zou de zwaartekracht sterrenstelsels naar elkaar moeten trekken, maar waarnemingen uit de jaren negentig toonden aan dat het heelal niet alleen uitdijt, maar zich uitbreidt met een versnellende trend, en dat de zogenaamde donkere energie de schuldige is.
Donkere energie (niet te verwarren met donkere materie) is een hypothetische kracht die goed is voor 68,3 procent van alle energie in het waarneembare universum. En wetenschappers geloven dat deze energie melkwegstelsels uit elkaar duwt. Niettemin, ondanks vele indirecte bewijzen van het bestaan ervan, is nog niemand in staat geweest om de aanwezigheid van donkere energie direct vast te stellen, of in ieder geval adequaat uit te leggen waar het vandaan kwam.
Volgens de nieuwe hypothese lag het antwoord op deze vraag echter letterlijk voor onze neus. Volgens deze hypothese is donkere energie absoluut alledaags vanuit het oogpunt van een van de fundamentele wetten van het universum, die we vaak vergeten als we deze kwestie beschouwen. Deze fundamentele wet is de wet van behoud van energie. Ze praten over hem op de middelbare school. In eenvoudige bewoordingen zegt hij het volgende: energie kan niet zomaar worden gecreëerd of vernietigd, het kan niet zomaar verdwijnen. Het enige dat het kan doen, is van de ene staat naar de andere stromen of van het ene lichaam naar het andere gaan. De meeste van onze fundamentele fysica is gebaseerd op deze wet.
Een nieuwe studie door een team van natuurkundigen van verschillende instituten suggereert dat als er zelfs maar een subtiel energieverlies optrad tijdens de vroegste dagen van het universum, dit de aard van donkere energie zou kunnen verklaren waar veel wetenschappers het vandaag over hebben. De auteurs van de studie voegen eraan toe dat het heel goed mogelijk is dat dit lek, hoewel het een fundamentele wet schond, het zo onbeduidend schond dat niemand het uiteindelijk zou hebben opgemerkt.
De hypothese is nogal gewaagd, moet worden opgemerkt. Maar hier is het interessant om te begrijpen wat de onderzoekers precies tot zo'n hypothese heeft geleid. Om de kwestie van donkere energie te begrijpen en te proberen uit te leggen, moet je teruggaan naar 1917, het jaar waarin Einstein probeerde te begrijpen waarom het universum statisch is en niet de neiging heeft om te krimpen of uit te breiden. In die tijd was deze theorie erg populair.
Om de afwezigheid van een zwaartekrachtsband te verklaren, suggereerde Einstein dat er iets in het universum moet zijn dat weerstand tegen zwaartekracht op universele schaal zou kunnen creëren. Dit is hoe de kosmologische constante verscheen. Hij liet dit idee echter varen in 1929 toen astronoom Edwin Hubble voor het eerst de tekenen van een uitdijend universum zag, wat hij in zijn berekeningen opmerkte. In het begin van de jaren 90 van de vorige eeuw hebben wetenschappers bewezen dat het heelal zich steeds sneller uitbreidt, en de constante van Einstein werd weer relevant. Astrofysici zijn gaan geloven dat deze constante, waarover Einstein in zijn werken enkele decennia geleden sprak, in feite altijd iets is geweest dat we tegenwoordig donkere energie noemen.
Dus wat is dit, donkere energie? In algemene zin wordt het beschouwd als een kosmologische constante, onveranderlijke energiedichtheid die ontstaat en uniform de ruimte van het heelal vult. We weten uit de kwantummechanica dat lege ruimte in feite nooit leeg is - het is gevuld met kwantumdeeltjes en de energie die verschijnt onder invloed van het verschijnen en verdwijnen van deze deeltjes. En sommige van deze deeltjes hebben misschien een afstotende kracht - die hele donkere energie.
Misschien wel het meest controversiële punt is dat de voorspelde hoeveelheid opkomende donkere energie in het kader van dit proces groter zou moeten zijn dan de indicator die momenteel naar voren wordt gebracht, rekening houdend met de waarneming van de uitbreiding van het heelal - tot 120 ordes van grootte meer, om precies te zijn. Dit kan erop duiden dat we dit volume verkeerd meten, of dat we helemaal niet begrijpen waar de donkere energie precies vandaan komt.
Promotie video:
Nieuw onderzoek suggereert dat dit laatste het meest waarschijnlijke scenario is, en bij deze gelegenheid wordt een nieuwe hypothese naar voren gebracht. Wat als het universum al vroeg bij zijn verschijning een energielek ervoer, en dit verlies het tempo bepalend voor de opkomst van donkere energie?
"In ons model wordt donkere energie gerepresenteerd door iets dat kan aangeven hoeveel energie en momentum verloren is gegaan in de hele geschiedenis van het universum", zegt een van de onderzoekers, Alejandro Perez.
Centraal in deze nieuwe hypothese staat een alternatief model van algemene relativiteitstheorie, waartoe Einstein in de jaren 1910 kwam. Het wordt het unimodulaire zwaartekrachtmodel genoemd. Energie hoeft volgens haar helemaal niet te worden bespaard. Tegelijkertijd zeggen onderzoekers dat bij het toepassen van het model van unimodulaire zwaartekracht in berekeningen, de waarde van de kosmologische constante idealiter gecorreleerd is met die waarnemingen volgens welke ons heelal met versnelling uitdijt.
Het is ook belangrijk op te merken dat dit model niet noodzakelijk sterk in tegenspraak is met ons huidige begrip van het universum. Hoewel het verdwijnen van energie in het vroege universum de verandering in de waarden van de volumes van donkere energie zal beïnvloeden, zal het niets anders beïnvloeden, of het zal in ieder geval niet merkbaar zijn in onze moderne experimenten.
"De energie van de stof waaruit materie bestaat, kan worden overgebracht naar het zwaartekrachtveld, en dit 'energieverlies' zal werken als een kosmologische constante - het zal later niet verdunnen met de uitdijing van het universum", zegt Thibault Josse, een ander lid van het onderzoeksteam.
"Met dit in gedachten, kan het verlies of de creatie van energie in het verre verleden ernstige gevolgen hebben vandaag en op een heel ander niveau en op grotere schaal."
Hier rijst echter de vraag: als het verdwijnen van energie geen enkel effect heeft op het heelal, behalve het veranderen van de waarde van de donkerste energie zelf, hoe kan dan de juistheid of onjuistheid van deze hypothese worden geverifieerd? Dit is het grootste probleem.
“Ons voorstel is erg algemeen, en elke verandering in de wet van behoud van energie zal waarschijnlijk bijdragen aan de efficiëntie van de kosmologische constante. Het zou bijvoorbeeld nieuwe beperkingen kunnen opleggen aan fenomenologische modellen buiten de kwantummechanica,”zegt Josse.
Aan de andere kant lijkt direct bewijs dat donkere energie wordt aangedreven door gewone energie die van toestand verandert buiten de realiteit, aangezien we al de waarde van de lambda-term hebben (het is ook een kosmologische constante), en bovendien zijn we beperkt alleen de laatste keer van haar (donkere energie) evolutie”.
Over het algemeen lijkt deze hypothese te zijn wat ze tot nu toe is, een hypothese die nog niet is getest. Fysici zeggen echter dat ze het in de toekomst in meer detail willen onderzoeken op waarschijnlijkheden.
“Er is geen sprake van enige zekerheid. Maar dit nieuwe idee lijkt in ieder geval interessant en verdient daarom aandacht”, zegt Lee Smolin, een theoretisch fysicus aan het Canadian Institute for Theoretische Fysica in Waterloo, die niet bij het onderzoek betrokken was.
NIKOLAY KHIZHNYAK
