อนุภาคใหม่กำลังเปลี่ยนชะตากรรมของจักรวาลหรือไม่

นักดาราศาสตร์ทั่วโลกกำลังสับสนเพราะพวกเขาไม่สามารถตกลงกันได้ว่าจักรวาลกำลังขยายตัวเร็วแค่ไหน

นับตั้งแต่จักรวาลของเราโผล่ออกมาจากการระเบิดของจุดเล็ก ๆ ของความหนาแน่นและแรงโน้มถ่วงที่ไม่มีที่สิ้นสุดมันได้รับการบอลลูนและไม่อยู่ในอัตราคงที่ทั้งการขยายตัวของจักรวาลได้เร็วขึ้น

แต่มันขยายตัวเร็วแค่ไหนขึ้นมาสำหรับการอภิปรายหวือหวา การวัดอัตราการขยายตัวนี้จากแหล่งใกล้เคียงดูเหมือนจะขัดแย้งกับการวัดเดียวกันกับที่มาจากแหล่งที่ห่างไกล คำอธิบายหนึ่งที่เป็นไปได้คือโดยทั่วไปแล้วมีบางสิ่งที่ขี้ขลาดกำลังเกิดขึ้นในจักรวาลโดยการเปลี่ยนแปลงอัตราการขยายตัว

และนักทฤษฎีคนหนึ่งเสนอว่าอนุภาคใหม่เอี่ยมเกิดขึ้นและกำลังเปลี่ยนแปลงชะตากรรมในอนาคตของจักรวาลทั้งหมดของเรา

ฮับเบิลฮับเบิลความลำบากและความยุ่งยาก

นักดาราศาสตร์ได้คิดค้นวิธีที่ชาญฉลาดหลายวิธีในการวัดสิ่งที่เรียกว่าพารามิเตอร์ฮับเบิลหรือค่าคงที่ฮับเบิล (แทนค่าสำหรับคนที่มีชีวิตไม่ว่างเหมือน H0) ตัวเลขนี้แสดงถึงอัตราการขยายตัวของเอกภพในปัจจุบัน

วิธีหนึ่งในการวัดอัตราการขยายตัวในวันนี้คือดูซุปเปอร์โนวาใกล้เคียงการระเบิดของก๊าซและฝุ่นที่เกิดจากดาวฤกษ์ที่ใหญ่ที่สุดในเอกภพเมื่อเสียชีวิต มีซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งที่มีความสว่างเฉพาะมากดังนั้นเราจึงสามารถเปรียบเทียบความสว่างที่พวกเขามองว่าเรารู้ว่ามันสว่างแค่ไหนและคำนวณระยะทาง จากนั้นเมื่อมองดูแสงจากกาแลคซีต้นสังกัดของซุปเปอร์โนวานักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็สามารถคำนวณได้ว่าพวกมันเคลื่อนที่จากเราไปเร็วแค่ไหน ด้วยการรวมชิ้นส่วนทั้งหมดเข้าด้วยกันเราจึงสามารถคำนวณอัตราการขยายตัวของจักรวาลได้

แต่มีมากกว่าจักรวาลที่ระเบิดดาว นอกจากนี้ยังมีบางสิ่งที่เรียกว่าพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิคซึ่งเป็นแสงที่เหลือจากหลังบิกแบงเมื่อเอกภพของเราเป็นเพียงทารกอายุเพียง 380,000 ปีเท่านั้น ด้วยภารกิจอย่างเช่นดาวเทียมพลังค์ที่ทำแผนที่การแผ่รังสีส่วนที่เหลือนี้นักวิทยาศาสตร์มีแผนที่ที่แม่นยำอย่างไม่น่าเชื่อของพื้นหลังนี้ซึ่งสามารถใช้เพื่อให้ได้ภาพที่แม่นยำมากของเนื้อหาของจักรวาล และจากตรงนั้นเราสามารถนำส่วนผสมเหล่านั้นมาและวิ่งไปข้างหน้ากับแบบจำลองคอมพิวเตอร์และสามารถบอกได้ว่าอัตราการขยายตัวในวันนี้คืออะไรสมมติว่าส่วนผสมพื้นฐานของจักรวาลไม่ได้เปลี่ยนไปตั้งแต่นั้นมา

การประมาณการทั้งสองนี้ไม่เห็นด้วยพอที่จะทำให้ผู้คนกังวลเล็กน้อยว่าเราขาดอะไรไป

มองไปที่ด้านมืด

บางทีการวัดหนึ่งหรือทั้งสองอย่างไม่ถูกต้องหรือไม่สมบูรณ์ นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากทั้งสองด้านอภิปรายถกกันถึงปริมาณโคลนที่เหมาะสมในคู่ต่อสู้ แต่ถ้าเราคิดว่าการวัดทั้งสองนั้นถูกต้องเราก็ต้องมีอย่างอื่นเพื่ออธิบายการวัดที่แตกต่างกัน เนื่องจากการวัดหนึ่งมาจากเอกภพยุคแรก ๆ และอีกการวัดมาจากเวลาที่ค่อนข้างเร็วกว่าความคิดก็คือบางทีส่วนประกอบใหม่ในจักรวาลกำลังเปลี่ยนแปลงอัตราการขยายตัวของเอกภพในแบบที่เราไม่เคยจับมาก่อน รุ่น

และสิ่งที่มีอิทธิพลต่อการขยายตัวของเอกภพในวันนี้คือปรากฏการณ์ลึกลับที่เราเรียกว่าพลังงานมืด มันเป็นชื่อที่ยอดเยี่ยมสำหรับสิ่งที่เราไม่เข้าใจ สิ่งที่เรารู้ก็คืออัตราการขยายตัวของเอกภพในวันนี้กำลังเร่งตัวขึ้นและเราเรียกแรงที่ผลักดันความเร่งนี้ว่า

ในการเปรียบเทียบของเรากับเอกภพหนุ่มสาวจนถึงจักรวาลในปัจจุบันนักฟิสิกส์สันนิษฐานว่าพลังงานมืด (ไม่ว่าจะเป็นอะไร) นั้นคงที่ แต่ด้วยสมมติฐานนี้เรามีข้อขัดแย้งในปัจจุบันดังนั้นอาจมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานมืด

ฉันคิดว่ามันคุ้มค่ากับการยิง สมมติว่าพลังงานมืดกำลังเปลี่ยนแปลง

นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าพลังงานมืดมีส่วนเกี่ยวข้องกับพลังงานที่ถูกขังอยู่ในสุญญากาศแห่งกาลเวลา พลังงานนี้มาจาก "สนามควอนตัม" ทั้งหมดที่แทรกซึมเข้าไปในจักรวาล

ในฟิสิกส์ควอนตัมสมัยใหม่อนุภาคทุกชนิดจะถูกผูกติดกับสนามของมันเอง เขตข้อมูลเหล่านี้จะถูกล้างผ่านอวกาศทุกเวลาและบางครั้งบิตของทุ่งจะตื่นเต้นมากในสถานที่กลายเป็นอนุภาคที่เรารู้จักและชื่นชอบเช่นอิเล็กตรอนควาร์กและนิวตริโน ดังนั้นอิเล็กตรอนทุกตัวอยู่ในเขตอิเล็กตรอนนิวตริโนทั้งหมดจะอยู่ในสนามนิวตริโนและอื่น ๆ ปฏิสัมพันธ์ของสาขาเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโลกควอนตัม

และไม่ว่าคุณจะไปที่ไหนในจักรวาลคุณไม่สามารถหลบหนีจากสนามควอนตัมได้ แม้ว่าพวกเขาจะไม่สั่นสะเทือนมากพอในบางตำแหน่งเพื่อสร้างอนุภาคพวกเขายังคงอยู่ที่นั่นสั่นและสั่นสะเทือนและทำสิ่งควอนตัมตามปกติ ดังนั้นสนามควอนตัมเหล่านี้มีพลังงานพื้นฐานจำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับพวกมันแม้แต่ในสุญญากาศที่ว่างเปล่านั่นเอง

ถ้าเราต้องการใช้พลังงานควอนตัมที่แปลกใหม่ของสุญญากาศของกาลอวกาศเพื่ออธิบายพลังงานมืดเราจะพบปัญหาทันที เมื่อเราทำการคำนวณที่เรียบง่ายและไร้เดียงสาจำนวนพลังงานที่มีอยู่ในสุญญากาศเนื่องจากเขตควอนตัมทั้งหมดเราจบลงด้วยจำนวนที่มีขนาด 120 คำสั่งที่แข็งแกร่งกว่าที่เราสังเกตเห็นพลังงานมืดเป็น อ๊ะ

ในทางกลับกันเมื่อเราลองการคำนวณที่ซับซ้อนกว่านี้เราจะได้ตัวเลขที่มีค่าเป็นศูนย์ ซึ่งไม่เห็นด้วยกับปริมาณพลังงานมืดที่วัดได้ อ๊ะอีกครั้ง

ดังนั้นไม่ว่าอะไรก็ตามเรามีช่วงเวลาที่ยากลำบากอย่างแท้จริงในการพยายามทำความเข้าใจพลังงานมืดผ่านภาษาของพลังงานสุญญากาศของอวกาศ - เวลา (พลังงานที่สร้างขึ้นโดยเขตควอนตัมเหล่านั้น) แต่ถ้าการวัดอัตราการขยายตัวเหล่านี้มีความแม่นยำและพลังงานมืดกำลังเปลี่ยนแปลงอย่างแท้จริงนี่อาจทำให้เรารู้ถึงธรรมชาติของสนามควอนตัมเหล่านั้น หากพลังงานมืดกำลังเปลี่ยนแปลงนั่นหมายความว่าสนามควอนตัมเปลี่ยนไป

ศัตรูใหม่ปรากฏขึ้น

ในรายงานล่าสุดที่ตีพิมพ์ทางออนไลน์ในวารสาร preprint arXiv นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Massimo Cerdonio จากมหาวิทยาลัย Padova ได้คำนวณจำนวนการเปลี่ยนแปลงในเขตควอนตัมที่จำเป็นต่อการเปลี่ยนแปลงพลังงานมืด

หากมีสนามควอนตัมใหม่ที่รับผิดชอบการเปลี่ยนแปลงพลังงานมืดนั่นหมายความว่ามีอนุภาคใหม่ออกมาในจักรวาล

และปริมาณการเปลี่ยนแปลงของพลังงานมืดที่ Cerdonio คำนวณนั้นต้องการมวลอนุภาคชนิดหนึ่งซึ่งกลายเป็นมวลคร่าวๆของอนุภาคชนิดใหม่ชนิดเดียวที่ทำนายไว้แล้ว: แกนที่เรียกว่า นักฟิสิกส์คิดค้นอนุภาคเชิงทฤษฎีนี้เพื่อแก้ปัญหาบางอย่างด้วยความเข้าใจควอนตัมของเราเกี่ยวกับพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง

อนุภาคนี้น่าจะปรากฎในเอกภพยุคแรก ๆ แต่มี "ซุ่มซ่อน" อยู่ด้านหลังขณะที่กองกำลังและอนุภาคอื่น ๆ ควบคุมทิศทางของจักรวาล และตอนนี้เป็นตาของ axion ...

ถึงอย่างนั้นเราก็ไม่เคยตรวจพบ axion แต่ถ้าการคำนวณเหล่านี้ถูกต้องนั่นหมายความว่า axion นั้นอยู่ตรงนั้นเติมจักรวาลและสนามควอนตัมของมัน นอกจากนี้แกนสมมุตินี้ทำให้ตัวเองสังเกตได้โดยการเปลี่ยนปริมาณของพลังงานมืดในจักรวาล ดังนั้นอาจเป็นได้ว่าแม้ว่าเราไม่เคยเห็นอนุภาคนี้ในห้องปฏิบัติการ แต่มันก็เปลี่ยนจักรวาลของเราในระดับที่ใหญ่ที่สุด