เหตุใดจักรวาลจึงขยายตัวในอัตราเร่งโดยกระจายเนื้อหาไปทั่วทุกมิติของอวกาศ คำตอบดั้งเดิมของปริศนานี้ซึ่งเป็นคำถามที่น่าสนใจที่สุดในจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ถูกนำเสนอโดยนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีสี่คนคือ Edward W. Kolb จากห้องทดลอง Fermi National Accelerator แห่งชาติกระทรวงพลังงานของสหรัฐฯชิคาโก (สหรัฐอเมริกา): Sabino Matarrese จากมหาวิทยาลัย ปาโดวา; Alessio Notari จากมหาวิทยาลัยมอนทรีออล (แคนาดา); และ Antonio Riotto แห่ง INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) ของ Padova (อิตาลี) การศึกษาของพวกเขาถูกส่งไปเมื่อวานนี้ไปยังวารสารจดหมายทบทวนทางกายภาพ
ในช่วงร้อยปีที่ผ่านมาการขยายตัวของเอกภพกลายเป็นหัวข้อถกเถียงกันอย่างน่าหลงใหลและมีส่วนร่วมในจิตใจที่ยอดเยี่ยมที่สุดของศตวรรษ เช่นเดียวกับบุคคลในยุคแรกของเขาอัลเบิร์ตไอน์สไตน์คิดว่าเอกภพคงที่: ไม่ขยายตัวหรือหดตัว เมื่อทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาเองแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเอกภพควรขยายหรือหดตัว Einstein เลือกที่จะแนะนำส่วนผสมใหม่ในทฤษฎีของเขา “ ค่าคงที่เอกภพ” ของเขาแสดงถึงความหนาแน่นของพื้นที่ว่างเปล่าซึ่งผลักดันให้เอกภพขยายตัวในอัตราที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ
เมื่อในปีพ. ศ. 2472 เอ็ดวินฮับเบิลได้พิสูจน์ว่าจักรวาลกำลังขยายตัวออกไปไอน์สไตน์จึงปฏิเสธค่าคงที่ทางดาราศาสตร์ของเขาเรียกมันว่า จากนั้นเกือบศตวรรษต่อมานักฟิสิกส์ได้ทำการคืนค่าคงที่ของเอกภพในรูปแบบที่เรียกว่าพลังงานมืด ในปี 1998 การสังเกตการณ์ของซุปเปอร์โนวาที่ห่างไกลมากแสดงให้เห็นว่าเอกภพกำลังขยายตัวในอัตราเร่ง การขยายตัวที่รวดเร็วนี้ดูเหมือนว่าจะสามารถอธิบายได้โดยการมีส่วนประกอบใหม่ของเอกภพซึ่งเป็น "พลังงานมืด" ซึ่งคิดเป็นร้อยละ 70 ของมวลทั้งหมดของเอกภพ ที่เหลือประมาณร้อยละ 25 ดูเหมือนจะอยู่ในรูปแบบขององค์ประกอบลึกลับอีกสสารมืด ในขณะที่เพียงประมาณร้อยละ 5 ประกอบด้วยเรื่องธรรมดาควาร์กโปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอนที่เราและกาแลคซีทำขึ้น
“ สมมติฐานของพลังงานมืดเป็นสิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่ง” Antonio Riotto ของ Padova อธิบาย“ แต่ในทางกลับกันมันแสดงถึงปัญหาร้ายแรง ไม่มีรูปแบบเชิงทฤษฎีใด ๆ แม้แต่สมัยใหม่ที่สุดเช่นทฤษฎีสมมาตรหรือทฤษฎีสตริงสามารถอธิบายการมีอยู่ของพลังงานมืดลึกลับนี้ได้ในปริมาณที่การสังเกตของเราต้องการ หากพลังงานมืดเป็นขนาดที่ทฤษฎีทำนายไว้จักรวาลจะขยายตัวด้วยความเร็วที่น่าอัศจรรย์ซึ่งมันจะป้องกันการมีอยู่ของทุกสิ่งที่เรารู้ในจักรวาลของเรา”
ปริมาณพลังงานมืดที่จำเป็นนั้นยากที่จะกระทบกับกฎของธรรมชาติที่นักฟิสิกส์ได้เสนอคำอธิบายที่แปลกใหม่ทุกรูปแบบรวมถึงกองกำลังใหม่มิติใหม่ของกาลอวกาศและอนุภาคมูลฐานเบาใหม่ อย่างไรก็ตามรายงานฉบับใหม่เสนอให้ไม่มีส่วนผสมใหม่สำหรับเอกภพมีเพียงการตระหนักว่าการเร่งความเร็วของเอกภพในปัจจุบันเป็นผลมาจากแบบจำลองทางจักรวาลวิทยามาตรฐานสำหรับเอกภพยุคแรก: เงินเฟ้อ
“ คำตอบของเราเกี่ยวกับความขัดแย้งที่เกิดจากเอกภพที่เร่งตัวขึ้น” Riotto กล่าว“ อาศัยทฤษฎีเงินเฟ้อที่เกิดขึ้นในปี 1981 ตามทฤษฎีนี้ภายในเวลาไม่กี่วินาทีหลังจากบิ๊กแบงจักรวาลมีประสบการณ์ การขยายตัวอย่างรวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ สิ่งนี้อธิบายได้ว่าเหตุใดจักรวาลของเราจึงดูเหมือนเป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อเร็ว ๆ นี้การทดลองบูมเมอแรงและ WMAP ซึ่งวัดความผันผวนเล็กน้อยในการแผ่รังสีพื้นหลังที่มีต้นกำเนิดจากบิกแบงยืนยันทฤษฎีทฤษฎีเงินเฟ้อ
เป็นที่เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าในช่วงการขยายตัวของอัตราเงินเฟ้อในช่วงต้นของประวัติศาสตร์จักรวาลระลอกคลื่นเล็ก ๆ ในกาลอวกาศได้ถูกสร้างขึ้นตามที่ทำนายไว้โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ระลอกคลื่นเหล่านี้ถูกยืดออกโดยการขยายตัวของเอกภพและขยายออกไปไกลกว่าขอบฟ้าจักรวาลของเราในวันนี้ซึ่งอยู่ในภูมิภาคที่ใหญ่กว่าเอกภพที่สังเกตได้เป็นระยะทางประมาณ 15 พันล้านปีแสง ในบทความปัจจุบันของพวกเขาผู้เขียนเสนอว่ามันเป็นวิวัฒนาการของระลอกจักรวาลที่เพิ่มการขยายตัวของเอกภพและการเร่งความเร็ว
“ เราตระหนักว่าคุณเพียงแค่ต้องเพิ่มส่วนประกอบสำคัญใหม่นี้คือคลื่นของกาลอวกาศที่เกิดขึ้นในช่วงที่อัตราเงินเฟ้อเพิ่มเข้าสู่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein เพื่ออธิบายว่าทำไมจักรวาลถึงเร่งในวันนี้” Riotto กล่าว “ ดูเหมือนว่าทางออกของปริศนาเร่งความเร็วเกี่ยวข้องกับจักรวาลนอกเหนือจากขอบฟ้าจักรวาลของเรา ไม่ต้องใช้พลังงานมืดอันลึกลับ”
Kolb ของ Fermilab เรียกว่าข้อเสนอของผู้เขียนเป็นคำอธิบายที่อนุรักษ์นิยมมากที่สุดสำหรับเอกภพเร่งตัว “ มันต้องการเพียงการบัญชีที่เหมาะสมของผลกระทบทางกายภาพของระลอกคลื่นที่เกินขอบฟ้าจักรวาลของเรา” เขากล่าว
ข้อมูลจากการทดลองที่กำลังจะมาถึงจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ทำการทดสอบข้อเสนอ “ ไม่ว่าไอน์สไตน์จะถูกต้องหรือไม่เมื่อเขาแนะนำค่าคงที่ทางดาราศาสตร์ครั้งแรกหรือไม่ว่าเขาจะถูกต้องหรือไม่เมื่อเขาข้องแวะในภายหลังความคิดนั้นจะถูกทดสอบโดยการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์รอบใหม่ที่มีความแม่นยำ” Kolb กล่าว “ ข้อมูลใหม่จะช่วยให้เราสามารถแยกความแตกต่างระหว่างคำอธิบายของเราสำหรับการขยายตัวเร่งของจักรวาลและการแก้ปัญหาพลังงานมืด”
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) สถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งชาติของอิตาลีสนับสนุนประสานงานและดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในฟิสิกส์นิวเคลียร์นิวเคลียร์นิวเคลียร์และ astroparticle และมีส่วนร่วมในการพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง
Fermilab ในบาตาเวียรัฐอิลลินอยส์สหรัฐอเมริกาดำเนินการโดยสมาคมวิจัยแห่งมหาวิทยาลัยอิงค์สำหรับสำนักงานวิทยาศาสตร์ของกระทรวงพลังงานซึ่งให้ทุนสนับสนุนการวิจัยขั้นสูงด้านฟิสิกส์อนุภาคและจักรวาลวิทยา
แหล่งที่มาเดิม: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
