Astronomer overalt i verden er i en smule tizzy, fordi de ikke ser ud til at være enige om, hvor hurtigt universet ekspanderer.
Lige siden vores univers opstod fra en eksplosion af en lille plet af uendelig tæthed og tyngdekraft, har det balloneret og heller ikke i en jævn hastighed - udvidelsen af universet bliver stadig hurtigere.
Men hvor hurtigt det udvides har været op til en svimlende debat. Målinger af denne ekspansionshastighed fra nærliggende kilder ser ud til at være i konflikt med den samme måling taget fra fjerne kilder. En mulig forklaring er, at dybest set sker der noget funky i universet, der ændrer ekspansionshastigheden.
Og en teoretiker har foreslået, at en helt ny partikel er dukket op og ændrer den fremtidige skæbne for hele vores kosmos.
Hubble, Hubble, slid og problemer
Astronomer har udtænkt flere smarte måder at måle, hvad de kalder Hubble-parameteren, eller Hubble-konstant (betegnet for folk med travle liv som H0). Dette tal repræsenterer universets ekspansionshastighed i dag.
En måde at måle ekspansionshastigheden i dag er at se på nærliggende supernover, eksplosionen af gas og støv, der blev lanceret fra universets største stjerner efter deres død. Der er en bestemt slags supernova, der har en meget specifik lysstyrke, så vi kan sammenligne, hvor lyse de ser ud til, hvor lyse vi ved, at de skulle være, og beregne afstanden. Ved at se på lyset fra supernovas værtsgalakse kan astrofysikere også beregne, hvor hurtigt de bevæger sig væk fra os. Ved at sætte alle brikkerne sammen, kan vi derefter beregne universets ekspansionshastighed.
Men der er mere i universet end eksploderende stjerner. Der er også noget, der kaldes den kosmiske mikrobølgebakgrund, som er det resterende lys fra lige efter Big Bang, da vores univers kun var en baby, kun 380.000 år gammel. Med missioner som Planck-satellitten, der har til opgave at kortlægge denne reststråling, har forskere utroligt præcise kort over denne baggrund, som kan bruges til at få et meget nøjagtigt billede af universets indhold. Og derfra kan vi tage disse ingredienser og køre uret fremad med computermodeller og være i stand til at sige, hvad ekspansionshastigheden skal være i dag - forudsat at de grundlæggende ingredienser i universet ikke har ændret sig siden da.
Disse to skøn er uenige nok til at gøre folk lidt bekymrede for, at vi mangler noget.
Se til den mørke side
Måske er en eller begge målinger forkerte eller ufuldstændige; masser af forskere på hver side af debatten slæber den passende mængde mudder mod deres modstandere. Men hvis vi antager, at begge målinger er nøjagtige, har vi brug for noget andet for at forklare de forskellige målinger. Da en måling kommer fra det meget tidlige univers, og en anden kommer fra mere relativt nyere tid, er tanken, at måske en ny ingrediens i kosmos ændrer universets ekspansionshastighed på en måde, som vi ikke allerede fandt i vores modeller.
Og hvad der dominerer universets udvidelse i dag, er et mystisk fænomen, som vi kalder mørk energi. Det er et fantastisk navn på noget, vi dybest set ikke forstår. Alt, hvad vi ved, er, at universets ekspansionshastighed accelererer, og vi kalder den kraft, der driver denne acceleration "mørk energi."
I vores sammenligninger fra det unge univers til nutidens univers antager fysikere, at mørk energi (uanset hvad det er) er konstant. Men med denne antagelse har vi den nuværende uenighed, så måske skifter mørk energi.
Jeg antager, at det er værd at tage et skud. Lad os antage, at mørk energi ændrer sig.
Forskere har en snigende mistanke om, at mørk energi har noget at gøre med energien, der er låst i selve vakuumet i rumtiden. Denne energi kommer fra alle de "kvantefelter", der gennemsyrer universet.
I moderne kvantefysik er hver enkelt slags partikel bundet til sit eget særlige felt. Disse felter vasker gennem al rum-tid, og nogle gange bliver bitene af markerne virkelig begejstrede steder og bliver de partikler, som vi kender og elsker - som elektroner og kvarker og neutrinoer. Så alle elektronerne hører til elektronfeltet, alle neutrinoer hører til neutrino-feltet, og så videre. Samspillet mellem disse felter er det grundlæggende grundlag for vores forståelse af kvanteverdenen.
Og uanset hvor du går i universet, kan du ikke undslippe kvantefelterne. Selv når de ikke vibrerer nok på et bestemt sted til at fremstille en partikel, er de stadig der, vrikende og vibrerende og gør deres normale kvante ting. Så disse kvantefelter har en grundlæggende mængde energi forbundet med dem, selv i det blotte tomme vakuum.
Hvis vi ønsker at bruge den eksotiske kvanteenergi i rumtidsvakuumet til at forklare mørk energi, løber vi straks ind i problemer. Når vi udfører nogle meget enkle, meget naive beregninger af, hvor meget energi der er i vakuumet på grund af alle kvantefelter, ender vi med et tal, der er omkring 120 størrelsesordener stærkere end hvad vi ser mørk energi være. Ups.
På den anden side, når vi prøver nogle mere sofistikerede beregninger, ender vi med et tal, der er nul. Hvilket også er uenig med den målte mængde mørk energi. Oj igen.
Uanset hvad vi har, har vi en virkelig hård tid på at prøve at forstå mørk energi gennem sproget i rumtidens vakuumenergi (energien skabt af disse kvantefelter). Men hvis disse målinger af ekspansionshastigheden er nøjagtige, og mørk energi virkelig ændrer sig, kan dette muligvis give os en anelse om arten af disse kvantefelter. Specifikt, hvis mørk energi ændrer sig, betyder det, at selve kvantefelterne har ændret sig.
En ny fjende vises
I en nylig artikel, der blev offentliggjort online i preprint-tidsskriftet arXiv, har teoretisk fysiker Massimo Cerdonio ved University of Padova beregnet størrelsen af ændringen i de kvantefelter, der er nødvendige for at redegøre for ændringen i mørk energi.
Hvis der er et nyt kvantefelt, der er ansvarlig for ændringen i mørk energi, betyder det, at der er en ny partikel derude i universet.
Og mængden af ændring i mørk energi, som Cerdonio beregnet kræver en bestemt form for partikelmasse, som viser sig at være omtrent den samme masse af en ny type partikel, der allerede er forudsagt: den såkaldte aksion. Fysikere opfandt denne teoretiske partikel for at løse nogle problemer med vores kvanteforståelse af den stærke atomkraft.
Denne partikel optrådte formodentlig i det meget tidlige univers, men har været "lurer" i baggrunden, mens andre kræfter og partikler kontrollerede universets retning. Og nu er det aksionens tur ...
Alligevel har vi aldrig fundet en aksion, men hvis disse beregninger er korrekte, betyder det, at aksionen er derude, der fylder universet og dets kvantefelt. Også denne hypotetiske aksion er allerede ved at ændre mængden af mørk energi i kosmos. Så det kan være, at selvom vi aldrig har set denne partikel i laboratoriet, ændrer den allerede vores univers på det aller største skalaer.
