Vil universet udvide for evigt eller til sidst kollapse i en lille plet?
Et papir, der blev offentliggjort i juni, antydede, at uendelig udvidelse var umulig i henhold til en større fysiksteori - en formodning, der skabte enorme bølger i fysiksamfundet.
"Folk bliver meget, slags følelsesladede over det, for hvis det er sandt og opdaget, ville det være spektakulært," sagde Timm Wrase, en fysiker ved Wiens teknologiske universitet.
Nu har Wrase og hans kolleger offentliggjort en separat undersøgelse, der skaber et stort hul i dette argument, hvilket betyder, at et stadigt voksende univers ikke kan udelukkes endnu.
Mørk energi og kosmisk ekspansion
Vores univers er gennemsyret med en enorm, usynet kraft, der ser ud til at modsætte sig tyngdekraften. Fysikere kalder denne kraft mørk energi, og det menes at konstant skubbe vores univers udad.
Men i juni offentliggjorde en gruppe fysikere et papir i det fortrykket tidsskrift arXiv, der antyder, at mørk energi ændrer sig over tid. Dette betyder, at universet ikke vil udvide for evigt, men eventuelt kan kollapse i den størrelse, det var før Big Bang.
Næsten øjeblikkeligt fandt fysikere imidlertid problemer med teorien: Flere uafhængige grupper offentliggjorde efterfølgende artikler, der foreslog revisioner af formodningen. Nu antyder et papir, der blev offentliggjort den 2. oktober i tidsskriftet Physical Review D, at den oprindelige formodning, som den står, ikke kan være sand, fordi den ikke kan forklare eksistensen af Higgs boson - som vi ved, at den findes, takket være den store Hadron Collider, den massive partikelcollider på grænsen mellem Frankrig og Schweiz.
Alligevel, med en smule teoretisk finjustering, kunne den sammenbrudte univers-formodning stadig være levedygtig, fortalte Wrase, en medforfatter til det nye Physical Review D-papir, Live Science.
Hvordan forklarer vi alt, hvad der nogensinde har eksisteret?
Stringteori, som nogle gange kaldes teorien om alting, er en matematisk elegant, men eksperimentelt uprøvet ramme for at forene Einsteins teori om generel relativitet med kvantemekanik. Stringteori antyder, at alle partiklerne, der udgør universet, ikke rigtig er prikker, men endimensionelle strenge, der vibrerer - og forskellene i disse vibrationer giver os mulighed for at se en partikel som en foton og en anden som et elektron.
For at strengteori skal være en levedygtig forklaring til universet, skal den dog indeholde mørk energi.
Forestil dig denne mørke energi som en bold i et landskab af bjerge og dale, der repræsenterer den mængde potentiel energi, den har, sagde Wrase. Hvis en kugle står oven på bjerget, kan den være stille, men den kan rulle ned med den mindste forstyrrelse, og derfor er den ustabil. Hvis bolden sidder i en dal, ændrer den sig ikke eller bevæger sig, har lav energi og bor i et stabilt univers, fordi selv et stærkt skub ville få den til at rulle ned i dalen.
Strengteoretikere antog længe, at mørk energi er konstant og uændret i universet. Med andre ord, det er snuglet op i dale mellem bjergene, ikke rullende fra bjergtoppene og dermed ikke ændret sig gennem tiden, sagde Wrase.
Men den formodning, der blev fremsat i juni, antyder, at landskabet ikke har nogen bjerge eller dale over havets overflade, hvis strengteorien fungerer. (I denne forestilling står vores univers over havets overflade - hvilket metaforisk markerer det punkt, hvor mørk energi begynder at enten trække universet sammen eller skubbe universet fra hinanden.)
Tværtimod er landskabet en svag hældning, og kuglen med mørk energi ruller stadig nedad. ”Mens den ruller nedad, bliver den mørke energi mindre og mindre,” sagde Wrase. "Kuglens højde svarer til mængden af mørk energi i vores univers."
I denne teori kan mørk energi efterhånden gøre vej under havoverfladen og begynde at trække universet sammen igen til dets før-Big-Bang form.
Men der er kun et problem, sagde Wrase.
”Vi har vist, at sådanne ustabile bjergtoppe skal eksistere,” sagde han. Det er fordi vi ved, at Higgs-partiklen findes. Og vi har eksperimentelt bevist, at Higgs-partiklerne kan eksistere på disse bjergtoppe eller "ustabile universer" og kan forstyrres med den mindste berøring, sagde han.
Sværhedsgrad med universernes stabilitet
Cumrun Vafa, en strengteoretiker ved Harvard og seniorforfatter af formodningspapiret fra juni, fortalte Live Science i en e-mail, at den oprindelige formodning faktisk har "vanskeligheder med ustabile universer." Denne nye artikel og et par andre viser dette problem, tilføjede han. Men der er flere papirer, der foreslog mindre revisioner af formodningen, som stadig ville overholde de begrænsninger, Wrase og hans team foreslog, sagde han.
Selv i den reviderede formodning, "vi ville ikke være i et stabilt univers, men snarere ting ville ændre sig," sagde Wrase. Revisionen siger, at bjergtoppe kan eksistere, men stabile dale kan ikke, sagde han. (Forestil dig formen på en hestsadel). Bolden skal til sidst begynde at rulle, og mørk energi skal ændre sig i tiden, tilføjede han. Men "hvis formodningen er forkert, kunne den mørke energi være konstant, vi ville sidde i en dal mellem to bjerge," og universet ville fortsætte med at udvide sig.
Inden for 10 til 15 år håber han, at satellitter, der mere præcist måler udvidelsen af universet, kan hjælpe os med at forstå, om mørk energi er konstant eller ændrer eller ej.
Vafa var enig. "Dette er spændende tider i kosmologien, og forhåbentlig vil vi i de næste par år se eksperimentelle bevis for ændringen af den mørke energi i vores univers," sagde han.
