Χωρίς τη Σκοτεινή Ενέργεια – Μαθηματικοί προτείνουν εναλλακτική ερμηνεία της κοσμικής επιτάχυνσης

Τρεις μαθηματικοί έχουν μια διαφορετική εξήγηση για την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος η οποία γίνεται χωρίς τις θεωρίες της «Σκοτεινής Ενέργειας». Οι αρχικές εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας του Einstein στην πραγματικότητα προβλέπουν κοσμική επιτάχυνση λόγω μιας «αστάθειας», υποστηρίζουν σε μελέτη που δημοσιεύεται στο πρόσφατο Proceedings of the Royal Society A.

Πριν από περίπου 20 χρόνια, αστρονόμοι έκαναν μια εντυπωσιακή ανακάλυψη: Όχι μόνο το σύμπαν επεκτείνεται – όπως ήταν για δεκαετίες γνωστό – αλλά η επέκταση είναι επιταχυνόμενη. Για να το εξηγήσουν, οι κοσμολόγοι επικαλέστηκαν μια μυστηριώδη δύναμη που αποκαλείται «σκοτεινή ενέργεια», που εξυπηρετεί να σπρώχνει το διάστημα μακριά.

Λίγο μετά από τότε που ο Einstein έγραψε τις εξισώσεις του για τη Γενική Σχετικότητα, η οποία περιγράφει τη βαρύτητα, συμπεριέλαβε ένα παράγοντα «αντιβαρύτητας» αποκαλούμενο «κοσμολογική σταθερά», για να εξισορροπήσει τη βαρυτική έλξη και να παραγάγει ένα σταθερό σύμπαν. Όμως, αργότερα ο ίδιος ο Einstein αποκάλεσε την κοσμολογική σταθερά το μεγαλύτερο λάθος του.

Όταν οι σύγχρονοι κοσμολόγοι άρχισαν να αντιμετωπίζουν την κοσμική επιτάχυνση και τη σκοτεινή ενέργεια, επανέφεραν την κοσμολογική σταθερά του Einstein ως ανταλλάξιμη με την σκοτεινή ενέργεια, δεδομένης της νέας γνώσης σχετικά με την κοσμική επιτάχυνση. Η ερμηνεία αυτή δεν ικανοποιεί τους μαθηματικούς Blake Temple και Zeke Vogler στο Πανεπιστήμιο της California (στο Davis) και Joel Smoller στο Πανεπιστήμιο στο Ann Arbor του Michigan. Με τα λόγια του Temple: «Στοχεύουμε να βρούμε την καλύτερη ερμηνεία που μπορούμε να επινοήσουμε για την ανώμαλη επιτάχυνση των γαλαξιών στο πλαίσιο της αρχικής θεωρίας του Einstein χωρίς τη σκοτεινή ενέργεια».

Η αρχική θεωρία της Γενικής Σχετικότητας έχει δώσει σωστές προβλέψεις σε κάθε άλλη συνθήκη, είπε ο Temple, και δεν υπάρχει άμεση απόδειξη της σκοτεινής ενέργειας. Λοιπόν, γιατί προστίθεται ένας «παράγοντας μαγειρέματος» (σκοτεινή ενέργεια ή κοσμολογική σταθερά) στις εξισώσεις που εμφανίζονται ήδη σωστές; Αντί για τις ατελείς εξισώσεις που χρειάζεται να διορθωθούν για να βρεθεί η σωστή λύση, ο μαθηματικοί ισχυρίζονται ότι οι εξισώσεις είναι σωστές, αλλά είναι λάθος η υπόθεση του ομοιόμορφα επεκτεινόμενου σύμπαντος των γαλαξιών, με ή χωρίς τη σκοτεινή ενέργεια, επειδή η διαμόρφωση αυτή είναι ασταθής.

Τα κοσμολογικά μοντέλα αρχίζουν από ένα «σύμπαν του Friedmann», το οποίο υποθέτει ότι όλη η ύλη επεκτείνεται, όμως ομοιόμορφα κατανέμεται στο διάστημα κάθε στιγμή, αναφέρει ο Temple. Οι Temple, Smoller και Vogler επεξεργάστηκαν λύσεις της Γενικής Σχετικότητας χωρίς να εμπλέξουν τη σκοτεινή ενέργεια. Υποστηρίζουν ότι οι εξισώσεις δείχνουν ότι ο χωρόχρονος Friedmann είναι στην πραγματικότητα ασταθής: Κάθε διαταραχή – για παράδειγμα αν η πυκνότητα της ύλης είναι λίγο μικρότερη από ότι ο μέσος όρος – ωθεί σε ένα επιταχυνόμενο σύμπαν.

Ο Temple το συγκρίνει αυτό με ένα αντεστραμμένο εκκρεμές. Όταν ένα άκαμπτο εκκρεμές είναι κρεμασμένο προς τα κάτω είναι σταθερό στο χαμηλότερο σημείο του. Αν γυρίσουμε ένα στερεό εκκρεμές ανάποδα και μπορέσει να ισορροπήσει αν είναι ακριβώς κεντραρισμένο – αλλά οποιοδήποτε μικρό φύσημα θα το ανατρέψει. Αυτό μας λέει ότι δεν θα πρέπει να αναμένουμε να μετρήσουμε ένα σύμπαν Friedmann, επειδή είναι ασταθές, είπε ο Temple. Αντί αυτού, αυτό που θα αναμέναμε να μετρήσουμε είναι τους τοπικούς χωρόχρονους που επιταχύνονται γρηγορότερα. Είναι αξιοσημείωτο, συμπλήρωσε, ότι οι τοπικοί χωρόχρονοι που δημιουργούνται από την αστάθεια, παρουσιάζουν ακριβώς το ίδιο εύρος κοσμικών επιταχύνσεων όπως παίρνεις στις θεωρίες της σκοτεινής ενέργειας.

Αυτό που δείχνει, είπε ο Temple, είναι ότι η επιτάχυνση των γαλαξιών θα μπορούσε να έχει προβλεφθεί από την αρχική θεωρία της Γενικής Σχετικότητας χωρίς καθόλου την επίκληση της κοσμολογικής σταθεράς ή της σκοτεινής ενέργειας. «Τα μαθηματικά δεν είναι αμφιλεγόμενα, η αστάθεια δεν είναι αμφιλεγόμενη», είπε. «Αυτό που δεν γνωρίζουμε είναι, βρίσκεται ο Γαλαξίας μας κοντά στο κέντρο μιας μεγάλης υπο-πυκνότητα ύλης στο σύμπαν». Όπως ανέφερε ο Temple, η μελέτη περικλείει ελέγξιμες προβλέψεις που διακρίνουν το μοντέλο τους από τα μοντέλα της σκοτεινής ενέργειας.

Σημείωση: Ο Joel Smoller πέθανε τον Σεπτέμβριο του 2017, ενώ η μελέτη ήταν υπό εξέταση.

Πηγή: University of California, Davis.

Περισσότερα στη δημοσίευση: An instability of the standard model of cosmology creates the anomalous acceleration without dark energy. Proceedings of the Royal Society A.