Νέα μελέτη οδηγεί σε μια πιθανή εναλλακτική ερμηνεία για την Σκοτεινή Ενέργεια

Η Σκοτεινή Ενέργεια είναι μια άγνωστη μορφή ενέργειας η οποία προτείνεται για να αιτιολογηθεί η επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος. Μια νέα μελέτη του καθηγητή του Πανεπιστημίου της Georgia, Edward Kipreos, υποστηρίζει πως οι αλλαγές του τρόπου με τον οποίο οι άνθρωποι σκέφτονται για τη διαστολή του χρόνου-η επιβράδυνση του χρόνου που είχε προβλεφθεί από τον
Albert Einstein-μπορεί να προσφέρει μια εναλλακτική ερμηνεία της σκοτεινής ενέργειας.

Στην ταινία επιστημονικής φαντασίας «Interstellar» περιγράφεται το ταξίδι μιας ομάδας επιστημόνων, μέσω μιας «σκουληκότρυπας» να προσεγγίσουν πλανήτες με συνθήκες που υπόσχονται την υποστήριξη της ζωής στη Γη. Ένα από τα θέματα που απασχολούν την ομάδα είναι η διαστολή του χρόνου: Κάθε ώρα που «ξοδεύουν» για τη συλλογή των δεδομένων τους, στους πλανήτες που επισκέπτονται, αντιστοιχεί με επτά χρόνια στη Γη.

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Einstein, δείχνει ότι η διαστολή του χρόνου σε σχέση με τη βαρύτητα είναι κατευθυντική: Ένα αντικείμενο σε μεγάλη βαρύτητα θα έχει πιο αργό χρόνο από ένα αντικείμενο σε χαμηλή βαρύτητα. Αντίθετα, στην Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας του Einstein, περιγράφεται η αμοιβαία διαστολή του χρόνου μεταξύ δυο κινούμενων αντικειμένων, έτσι που οι χρόνοι και των δυο κινούμενων αντικειμένων, εμφανίζονται να είναι επιβραδυνόμενοι του ενός σχετικά προς το άλλο.

Στη νέα εργασία γίνεται η υπόθεση ότι αντί να είναι αμοιβαία, η διαστολή του χρόνου σε σχέση με την κίνηση να σχετίζεται μόνο με το κινούμενο αντικείμενο που υποβάλλεται σε διαστολή του χρόνου. Η μελέτη «Implication of an Absolute Simultaneity Theory for Cosmology and Universe Acceleration», δημοσιεύθηκε στο περιοδικό PLOS ONE, στις 23 Δεκεμβρίου 2014. Συγγραφέας ένας μοριακός γενετιστής του οποίου το εργαστήριο εργάζεται επάνω στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου, ο Kipreos, ο οποίος άρχισε να ενδιαφέρεται με την κοσμολογία και την ειδική θεωρία της σχετικότητας πριν από αρκετά χρόνια.

Υποστηρίζει πως το φαινόμενο μπορεί να γίνει εύκολα κατανοητό στο πλαίσιο της λειτουργία των δορυφόρων του GPS (Global Positioning System). «Οι δορυφόροι, που είναι συστήματα αναφοράς σε ελεύθερη πτώση, κινούνται αρκετά γρήγορα σε σχέση με τη Γη, για αυτό θα πρέπει να διορθώνονται ως προς τον επιβραδυνόμενο χρόνο τους, με βάση την ταχύτητά τους. Αν δεν γίνει αυτή η διόρθωση τότε οι μετρήσεις των δορυφόρων του GPS θα μπορούσαν να πέσουν έξω κατά δυο περίπου χιλιόμετρα τη μέρα», είπε ο συγγραφέας του άρθρου.

Αυτό το απλό παράδειγμα βασίζεται στη ειδική θεωρία της σχετικότητας και στους μετασχηματισμούς Lorentz, ένα μαθηματικό «χάρτη» που περιγράφει πώς συσχετίζονται οι μετρήσεις του χώρου και του χρόνου για δυο παρατηρητές. «Υποτίθεται ότι η ειδική σχετικότητα είναι αμοιβαία, όταν τα δυο μέρη θα βιώνουν την ίδια διαστολή του χρόνου, αλλά όλα τα παραδείγματα μέχρι τώρα μπορούν να μεταφραστούν και ως κατευθυντική διαστολή χρόνου» είπε ο Kipreos. «Αν δείτε τους δορυφόρους του GPS, ο χρόνος των δορυφόρων επιβραδύνεται, αλλά σύμφωνα με τους δορυφόρους του GPS ο δικός μας χρόνος δεν επιβραδύνεται, όπως θα συνέβαινε αν η διαστολή χρόνου ήταν αμοιβαία. Αντί αυτού ο χρόνος μας πηγαίνει γρηγορότερα σε σχέση με τους δορυφόρους και το γνωρίζουμε αυτό λόγω της συνεχούς επικοινωνίας με τους δορυφόρους».

Μια εναλλακτική θεωρία, οι απόλυτοι μετασχηματισμοί Lorentz, περιγράφουν την κατευθυντική διαστολή του χρόνου. Ο Kipreos διαπίστωσε ότι αυτή η θεωρία είναι συμβατή με τα διαθέσιμα στοιχεία, εάν το προτιμητέο, για τη θεωρία, σύστημα αναφοράς, σε σχέση με το ποια κατευθυντική διαστολή χρόνου συμβαίνει, συνδέεται με τα κέντρα της βαρυτικής μάζας. Κοντά στη Γη, το προτιμητέο σύστημα αναφοράς θα μπορούσε να είναι ένα γεωκεντρικό, μη περιστρεφόμενο αδρανειακό σύστημα αναφοράς, το οποίο αυτό που σήμερα χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της διαστολής του χρόνου των δορυφόρων του GPS.

«Μια αυστηρή εφαρμογή των απόλυτων μετασχηματισμών Lorentz, σε κοσμολογικά δεδομένα έχει σημαντικές εφαρμογές για το σύμπαν και την ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας», δήλωσε ο Kipreos. Καθώς το σύμπαν γίνεται μεγαλύτερο, κοσμολογικά αντικείμενα, όπως οι γαλαξίες, απομακρύνονται περισσότερο γρήγορα από κάθε άλλο σε μια διαδικασία γνωστή ως επέκταση Hubble. Οι απόλυτοι μετασχηματισμοί Lorentz δείχνουν ότι οι αυξανόμενες ταχύτητες επάγουν κατευθυντική διαστολή χρόνου. Εφαρμόζοντας αυτό στις αυξανόμενες ταχύτητες που σχετίζονται με τη επέκταση Hubble στο παρόν σύμπαν, οδηγεί στην πρόταση ενός σεναρίου στο οποίο τα παρόντα βιώματα της διαστολής χρόνου σχετίζονται με το παρελθόν. Ως εκ τούτου, το πέρασμα του χρόνου θα μπορούσε να είναι πιο αργό στο παρόν και πιο γρήγορο στο παρελθόν.

Οι υπερκαινοφανείς (αστέρες) που εκρήγνυνται με την ίδια ένταση, χρησιμοποιούνται ως «πρότυπα κηρία» για να μετρήσουν κοσμολογικές αποστάσεις με βάση πόσο φωτεινοί εμφανίζονται. Υπερκαινοφανείς που βρίσκονται σχετικά κοντά στη Γη παρουσιάζουν μια γραμμικότητα στη σχέση απόστασης (με δεδομένα που βασίζονται στις μετρήσεις της μετατόπισης προς το ερυθρό του φωτός) και φωτεινότητας. Ωστόσο, το 1998 και το 1999, η παρατήρηση ότι υπερκαινοφανείς σε μεγαλύτερες αποστάσεις είναι πιο αδύνατοι από όσο αναμένονταν, παρέχει στοιχεία ότι ο ρυθμός της επέκτασης του σύμπαντος έχει πρόσφατα
επιταχυνθεί.

«Η επιταχυνόμενη επέκταση του σύμπαντος έχει αποδοθεί στις επιδράσεις της σκοτεινής ενέργειας», είπε ο Kipreos. «Ωστόσο, δεν είναι κατανοητό τι είναι η σκοτεινή ενέργεια ή γιατί έχει εκδηλωθεί μόνο πρόσφατα. Τα προβλεπόμενα, από τη θεωρία, του να είναι το πέρασμα του χρόνου ταχύτερο στο παρελθόν, θα έχουν επίπτωση κάνοντας το γράφημα των υπερκαινοφανών να γίνεται γραμμικό σε όλες τις διευθύνσεις, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει επιτάχυνση στην διαστολή του σύμπαντος. Σε αυτό το σενάριο δεν υπάρχει αναγκαιότητα της επίκλησης της ύπαρξης της σκοτεινής ενέργειας».

Περισσότερες πληροφορίες: Kipreos ET (2014) “Implications of an Absolute Simultaneity Theory for Cosmology and Universe Acceleration.” PLoS ONE 9(12): e115550. DOI: 10.1371/journal.pone.0115550 (PDF)