มุมมองสนามฮับเบิลลึก เครดิตภาพ: ฮับเบิล คลิกเพื่อดูภาพขยาย
นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันได้ประกาศวิธีการใหม่เพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใดการขยายตัวของเอกภพจึงเร่งขึ้น เทคนิคที่นำเสนอจะสามารถตัดสินได้ว่าการเร่งความเร็วของจักรวาลเกิดจากรูปแบบของพลังงานมืดในจักรวาลหรือไม่หรือเป็นลายเซ็นของการสลายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ในระดับที่ใหญ่มากของเอกภพ ผลลัพธ์จะถูกนำเสนอในวันนี้โดยนักวิจัยหลักดร. Mustapha Ishak-Boushaki ผู้ร่วมงานวิจัยที่ Princeton University ในรัฐนิวเจอร์ซีย์เพื่อการประชุมสมาคมดาราศาสตร์แห่งแคนาดาใน Montreal, QC
“ การขยายตัวที่รวดเร็วของจักรวาลถือเป็นปัญหาที่น่าสนใจและท้าทายที่สุดอย่างหนึ่งในวิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับปัญหาในสาขาฟิสิกส์อื่น ๆ อีกมากมาย งานวิจัยของเรามุ่งเน้นไปที่การ จำกัด สาเหตุที่เป็นไปได้ที่แตกต่างกันของการเร่งความเร็วนี้” Dr. Ishak-Boushaki กล่าว
ในช่วง 8 ปีที่ผ่านมาการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์หลายครั้งแสดงให้เห็นว่าการขยายตัวของเอกภพได้เข้าสู่ช่วงของการเร่งความเร็ว การค้นพบการเร่งความเร็วนี้เกิดขึ้นเป็นความประหลาดใจสำหรับนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ซึ่งคาดว่าจะวัดการขยายตัวที่ช้าลงซึ่งเกิดจากแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วงของสสารสามัญในจักรวาล
เพื่ออธิบายการเร่งความเร็วของจักรวาลนักทฤษฎีวิทยาแนะนำแนวคิดขององค์ประกอบพลังงานใหม่ที่จะประกอบด้วยสองในสามของความหนาแน่นพลังงานทั้งหมดของเอกภพและนั่นเป็นแรงดึงดูดน่าดึงดูดมากกว่าที่น่าสนใจ ส่วนประกอบนี้เรียกว่า Dark Energy
พลังงานมืดมีจริงหรือ “ เราไม่รู้” ศาสตราจารย์เดวิดสแปร์เจลจากปรินซ์ตันแสดงความคิดเห็น “ อาจเป็นพลังงานรูปแบบใหม่ทั้งหมดหรือลายเซ็นเชิงสังเกตของความล้มเหลวของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดการมีอยู่ของมันจะส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อความเข้าใจพื้นที่และเวลาของเรา เป้าหมายของเราคือสามารถแยกความแตกต่างของทั้งสองกรณี”
กรณีที่ง่ายที่สุดของ Dark Energy คือค่าคงที่เอกภพที่ไอน์สไตน์แนะนำเมื่อ 80 ปีก่อนเพื่อที่จะกระทบยอดทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขากับอคติของเขาที่ว่าจักรวาลนั้นไม่เปลี่ยนแปลง เขาต้องถอนค่าคงที่ทางดาราศาสตร์ไม่กี่ปีต่อมาเมื่อการขยายตัวของเอกภพถูกค้นพบ การค้นพบการเร่งความเร็วของจักรวาลทำให้เกิดการโต้วาทีเกี่ยวกับค่าคงที่ของจักรวาลในบริบทใหม่
ความเป็นไปได้ที่แตกต่างกันอีกประการหนึ่งคือการเร่งความเร็วของจักรวาลเป็นลายเซ็นของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงใหม่ที่เข้าสู่สเกลขนาดใหญ่มากของเอกภพแทนที่จะเป็นผลจากพลังงานมืด แบบจำลองแรงโน้มถ่วงที่ดัดแปลงล่าสุดที่เสนอบางส่วนได้รับแรงบันดาลใจจากทฤษฎี Superstring และฟิสิกส์มิติพิเศษ
เราสามารถแยกแยะความเป็นไปได้สองอย่างนี้ได้หรือไม่? ขั้นตอนที่นำเสนอแสดงให้เห็นว่าคำตอบคือใช่ แนวคิดทั่วไปมีดังนี้ หากการเร่งความเร็วเกิดจากพลังงานมืดดังนั้นประวัติศาสตร์การขยายตัวของเอกภพควรสอดคล้องกับอัตราการเติบโตของกระจุกกาแลคซี การเบี่ยงเบนจากความมั่นคงนี้จะเป็นลายเซ็นของการสลายสัมพัทธภาพทั่วไปในระดับขนาดใหญ่ของจักรวาล ขั้นตอนที่นำเสนอใช้ความคิดนี้โดยการเปรียบเทียบข้อ จำกัด ที่ได้รับจากพลังงานมืดจากโพรบวิทยาต่าง ๆ และอนุญาตให้เราระบุความไม่สอดคล้องใด ๆ ได้อย่างชัดเจน
เป็นตัวอย่างจักรวาลที่อธิบายโดยทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ปรับเปลี่ยน 5 มิติได้รับการพิจารณาในการศึกษานี้และมันก็แสดงให้เห็นว่ากระบวนการสามารถระบุลายเซ็นของทฤษฎีนี้ได้ ที่สำคัญแสดงให้เห็นว่าการทดลองทางดาราศาสตร์ในอนาคตสามารถแยกแยะระหว่างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ปรับเปลี่ยนได้กับโมเดลพลังงานมืด
งานวิจัยเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่นำเสนอนำโดยดร. Mustapha Ishak-Boushaki โดยความร่วมมือกับศาสตราจารย์ David Spergel ทั้งจากภาควิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ Princeton University และ Amol Upadhye นักศึกษาปริญญาตรีที่ภาควิชาฟิสิกส์มหาวิทยาลัย Princeton
แหล่งต้นฉบับ: ข่าวพรินซ์ตัน
