ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่ามีจำนวนมากกว่าจักรวาลมากกว่าที่เห็น: จักรวาลดูเหมือนว่าจะเต็มไปด้วยไม่เพียง แต่หนึ่งเดียว แต่สององค์ประกอบที่มองไม่เห็น - สสารมืดและพลังงานมืดที่มีการเสนอการดำรงอยู่ พิจารณาจากผลกระทบแรงโน้มถ่วงของวัตถุและพลังงาน
ตอนนี้นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Robert J. Scherrer ได้สร้างแบบจำลองที่สามารถลดความลึกลับได้ครึ่งหนึ่งโดยการอธิบายสสารมืดและพลังงานมืดเป็นสองด้านของพลังที่ไม่รู้จัก แบบจำลองของเขาถูกอธิบายในกระดาษที่ชื่อว่า“ Purely Kinetic k Essence as Unified Dark Matter” เผยแพร่ทางออนไลน์โดย Physical Review Letters เมื่อวันที่ 30 มิถุนายนและวางจำหน่ายทางออนไลน์ที่ http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316
“ วิธีคิดอย่างหนึ่งคือจักรวาลนี้เต็มไปด้วยของเหลวที่มองไม่เห็นซึ่งออกแรงกดดันเรื่องสามัญและเปลี่ยนวิธีที่จักรวาลขยายตัว” Scherrer ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัย Vanderbilt กล่าว
Scherrer กล่าวว่าแบบจำลองของเขานั้นง่ายมากและหลีกเลี่ยงปัญหาสำคัญที่มีความพยายามก่อนหน้านี้เพื่อรวมสสารมืดและพลังงานมืด
ในปี 1970 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้กล่าวถึงการมีอยู่ของอนุภาคที่มองไม่เห็นที่เรียกว่าสสารมืดเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของกาแลคซี จากการสำรวจเหล่านี้พวกเขาประมาณว่าจะต้องมีสสารมืดมากประมาณ 10 เท่าในจักรวาลเหมือนกับสสารทั่วไป คำอธิบายหนึ่งที่เป็นไปได้สำหรับสสารมืดคือมันประกอบด้วยอนุภาคชนิดใหม่ (ขนานนามว่า Weakly Interacting Massive Particles หรือ WIMPs) ที่ไม่ปล่อยแสงและไม่โต้ตอบกับวัตถุธรรมดา การทดลองจำนวนหนึ่งกำลังค้นหาหลักฐานของอนุภาคเหล่านี้
ราวกับว่ายังไม่พอในปี 1990 พลังงานมืดมาพร้อมกันซึ่งก่อให้เกิดแรงผลักดันที่น่ารังเกียจที่ดูเหมือนจะฉีกจักรวาลออกจากกัน นักวิทยาศาสตร์ได้เรียกใช้พลังงานมืดเพื่ออธิบายการค้นพบที่น่าประหลาดใจว่าอัตราการขยายตัวของเอกภพนั้นไม่ได้ชะลอตัวลงตามที่นักดาราศาสตร์วิทยาส่วนใหญ่คิด แต่เป็นการเร่งความเร็ว จากการประมาณการล่าสุดพลังงานมืดนั้นคิดเป็น 75% ของจักรวาลและสสารมืดคิดเป็นอีก 23 เปอร์เซ็นต์โดยปล่อยให้สสารและพลังงานธรรมดามีบทบาทของชนกลุ่มน้อยเพียง 2 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น
ความคิดที่รวมเป็นหนึ่งเดียวของ Scherrer เป็นรูปแบบพลังงานแปลกใหม่พร้อมคุณสมบัติที่กำหนดชัดเจน แต่ซับซ้อนที่เรียกว่าสนามสเกลาร์ ในบริบทนี้เขตข้อมูลคือปริมาณทางกายภาพที่มีพลังงานและแรงดันที่แผ่กระจายไปทั่วอวกาศ นักคอสโมโลจีได้เรียกใช้สนามเซนต์คิตส์และเนวิสเพื่ออธิบายอัตราเงินเฟ้อของจักรวาลช่วงเวลาหลังจากบิ๊กแบงเมื่อเอกภพดูเหมือนจะผ่านช่วงของการขยายตัวมากเกินไปทำให้เกิดพันล้านครั้งนับพันในเวลาไม่ถึงวินาที
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Scherrer ใช้สนามเซนต์คิตส์และเนวิสในยุคที่สองรู้จักในชื่อ k-essence สาขา Paul K-Essence ได้รับการพัฒนาโดย Paul Steinhardt ที่มหาวิทยาลัย Princeton และสาขาอื่น ๆ เพื่อเป็นคำอธิบายเกี่ยวกับพลังงานมืด แต่ Scherrer เป็นคนแรกที่ชี้ให้เห็นว่าฟิลด์ k-Essence แบบง่าย ๆ ชนิดหนึ่งสามารถสร้างเอฟเฟ็กต์ที่เกี่ยวข้องกับสสารมืด
นักวิทยาศาสตร์แยกความแตกต่างระหว่างสสารมืดและพลังงานมืดเพราะพวกมันดูเหมือนจะทำงานแตกต่างกัน สสารมืดดูเหมือนจะมีมวลและก่อตัวเป็นกอยักษ์ ในความเป็นจริงนักดาราศาสตร์คำนวณว่าแรงดึงดูดของความโน้มถ่วงของกระจุกเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการทำให้สสารทั่วไปก่อตัวเป็นกาแลคซี ในทางตรงกันข้ามพลังงานมืดนั้นดูเหมือนจะไม่มีมวลและแผ่กระจายไปทั่วอวกาศอย่างสม่ำเสมอซึ่งมันทำหน้าที่ต่อต้านแรงโน้มถ่วงซึ่งเป็นแรงผลักดันที่ผลักจักรวาลออกจากกัน
เขตข้อมูล K-สาระสำคัญสามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของพวกเขาในช่วงเวลา เมื่อตรวจสอบชนิดของ k-Essence ที่ง่ายมากซึ่งพลังงานศักย์เป็นค่าคงที่ - Scherrer ค้นพบว่าเมื่อสนามวิวัฒนาการมันจะผ่านระยะที่สามารถจับกลุ่มและเลียนแบบผลกระทบของอนุภาคที่มองไม่เห็นตามด้วยเฟสเมื่อ มันแพร่กระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นที่และใช้กับลักษณะของพลังงานมืด
“ แบบจำลองวิวัฒนาการเป็นรัฐที่ดูเหมือนสสารมืดอยู่พักหนึ่งแล้วก็ดูเหมือนพลังงานมืด” Scherrer กล่าว “ เมื่อฉันตระหนักถึงสิ่งนี้ฉันคิดว่า ‘สิ่งนี้น่าสนใจลองดูสิ่งที่เราสามารถทำได้กับมัน”
เมื่อเขาตรวจสอบแบบจำลองโดยละเอียดยิ่งขึ้น Scherrer พบว่ามันหลีกเลี่ยงปัญหามากมายที่ทำให้เกิดทฤษฎีก่อนหน้านี้ที่พยายามรวมสสารมืดและพลังงานมืดเข้าด้วยกัน
แบบจำลองแรกสุดสำหรับพลังงานมืดถูกสร้างขึ้นโดยการปรับเปลี่ยนทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเพื่อรวมคำที่เรียกว่าค่าคงที่ของจักรวาล นี่เป็นคำที่ไอน์สไตน์รวมไว้เพื่อสร้างแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วงเพื่อก่อให้เกิดจักรวาลคงที่ แต่เขาลดลงอย่างมีความสุขเมื่อสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ในวันนั้นพบว่ามันไม่จำเป็น แบบจำลองล่าสุดแนะนำค่าคงที่จักรวาลทำหน้าที่ได้ดีในการสร้างผลกระทบของพลังงานมืด แต่ไม่อธิบายสสารมืด
ความพยายามหนึ่งที่จะรวมสสารมืดและพลังงานมืดเรียกว่าแบบจำลองก๊าซ Chaplygin นั้นมีพื้นฐานมาจากการทำงานของนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียในช่วงทศวรรษที่ 1930 มันสร้างสสารคล้ายสสารมืดเริ่มต้นแล้วตามด้วยวิวัฒนาการคล้ายพลังงานมืด แต่มีปัญหาในการอธิบายกระบวนการสร้างกาแลคซี
สูตรของ Scherrer มีความคล้ายคลึงกับทฤษฎีเอกภาพที่เสนอเมื่อต้นปีนี้โดย Nima Arkani-Hamed ที่ Harvard University และเพื่อนร่วมงานของเขาที่พยายามอธิบายสสารมืดและพลังงานมืดที่เกิดขึ้นจากพฤติกรรมของของเหลวที่มองไม่เห็นและอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่ง คอนเดนเสทผี”
แม้ว่าโมเดลของ Scherrer จะมีคุณสมบัติเชิงบวกจำนวนหนึ่ง แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง สำหรับสิ่งหนึ่งมันต้องมี "การปรับจูน" สุดขีดเพื่อทำงาน นักฟิสิกส์ยังเตือนว่าจะต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อพิจารณาว่าพฤติกรรมของแบบจำลองสอดคล้องกับการสังเกตอื่น ๆ หรือไม่ นอกจากนี้มันไม่สามารถตอบปัญหาเรื่องบังเอิญได้: ทำไมเราอยู่ในช่วงเวลาเดียวในประวัติศาสตร์ของจักรวาลเมื่อความหนาแน่นคำนวณสสารมืดและพลังงานมืดเปรียบเทียบกัน นักวิทยาศาสตร์สงสัยอย่างนี้เพราะมันแสดงให้เห็นว่ามีอะไรพิเศษเกี่ยวกับยุคปัจจุบัน
แหล่งที่มาดั้งเดิม: ข่าวมหาวิทยาลัย Vanderbilt
