ตั้งแต่ปลายทศวรรษที่ 1920 นักดาราศาสตร์ได้ตระหนักถึงความจริงที่ว่าจักรวาลกำลังอยู่ในช่วงของการขยายตัว การคาดการณ์ในขั้นต้นโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein การรับรู้นี้ได้ดำเนินต่อไปเพื่อแจ้งให้ทราบถึงรูปแบบทางดาราศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับมากที่สุด - ทฤษฎีบิ๊กแบง อย่างไรก็ตามสิ่งต่าง ๆ ค่อนข้างสับสนในช่วงปี 1990 เมื่อการสังเกตที่ดีขึ้นแสดงให้เห็นว่าอัตราการขยายตัวของเอกภพกำลังเร่งตัวขึ้นเป็นพัน ๆ ล้านปี
สิ่งนี้นำไปสู่ทฤษฎีของ Dark Energy พลังลึกลับที่มองไม่เห็นที่ผลักดันการขยายตัวของเอกภพ เช่นเดียวกับ Dark Matter ซึ่งอธิบายว่า "มวลที่หายไป" มันก็จำเป็นที่จะต้องหาพลังงานที่เข้าใจยากนี้หรืออย่างน้อยก็ให้กรอบทางทฤษฎีที่สอดคล้องกันสำหรับมัน การศึกษาใหม่จากมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย (UBC) พยายามที่จะทำเช่นนั้นโดยการคาดการณ์จักรวาลกำลังขยายตัวเนื่องจากความผันผวนของพื้นที่และเวลา
การศึกษา - ซึ่งตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสาร การทบทวนทางกายภาพ D - นำโดย Qingdi Wang นักศึกษาปริญญาเอกจากภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ UBC ภายใต้การกำกับดูแลของศาสตราจารย์ William Unruh UBC (ชายผู้เสนอ Unruh Effect) และด้วยความช่วยเหลือจาก Zhen Zhu (นักศึกษาปริญญาเอกอีกคนที่ UBC) พวกเขาได้นำเสนอเรื่องใหม่เกี่ยวกับพลังงานมืด
ทีมเริ่มต้นด้วยการจัดการกับความไม่สอดคล้องที่เกิดขึ้นจากทฤษฎีหลักสองประการที่อธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมดในจักรวาล ทฤษฎีเหล่านี้ไม่มีใครอื่นนอกจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งอธิบายได้อย่างมีประสิทธิภาพว่าเอกภพทำงานกับเครื่องชั่งขนาดใหญ่ที่สุด (เช่นดาวกาแลกซีกระจุกดาว) และอนุภาคเล็กที่สุด
น่าเสียดายที่ทฤษฎีทั้งสองนี้ไม่สอดคล้องกันเมื่อพูดถึงเรื่องเล็กน้อยที่รู้จักกันในชื่อแรงโน้มถ่วงซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถอธิบายในแง่ของกลศาสตร์ควอนตัมได้ การดำรงอยู่ของพลังงานมืดและการขยายตัวของเอกภพเป็นอีกประเด็นที่ไม่เห็นด้วย สำหรับผู้เริ่มต้นทฤษฎีของผู้สมัครเช่นพลังงานสูญญากาศซึ่งเป็นหนึ่งในคำอธิบายที่นิยมมากที่สุดสำหรับพลังงานมืด - ปัจจุบันมีความไม่ลงรอยกันอย่างรุนแรง
ตามกลศาสตร์ควอนตัมพลังงานสูญญากาศจะมีความหนาแน่นพลังงานขนาดใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อ แต่ถ้านี่เป็นเรื่องจริงแล้วทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายว่าพลังงานนี้จะมีผลต่อความโน้มถ่วงอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งจะมีพลังมากพอที่จะทำให้จักรวาลระเบิดขนาด ในฐานะที่เป็นศาสตราจารย์ Unruh แบ่งปันกับนิตยสารอวกาศผ่านทางอีเมล:
“ ปัญหาคือการคำนวณพลังงานสุญญากาศไร้เดียงสาใด ๆ ให้ค่ามาก ถ้ามีคนสันนิษฐานว่ามีการตัดบางอย่างดังนั้นเราจะไม่สามารถรับความหนาแน่นพลังงานได้มากกว่าความหนาแน่นพลังงานของพลังค์ (หรือประมาณ 10)95 จูล / เมตร³) จากนั้นพบว่ามีค่าคงที่ฮับเบิล - มาตราส่วนเวลาที่เอกภพมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่า - ลำดับ 10-44 วินาที ดังนั้นวิธีการปกติคือการพูดว่ามีบางสิ่งบางอย่างที่ลดลงเพื่อให้ได้รับอัตราการขยายตัวที่แท้จริงประมาณ 10 พันล้านปีแทน แต่นั่น“ อย่างใด” ค่อนข้างลึกลับและไม่มีใครคิดกลไกที่น่าเชื่อถือแม้แต่ครึ่งเดียว”
ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ พยายามที่จะปรับเปลี่ยนทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อแก้ไขความไม่สอดคล้องกันเหล่านี้วังและเพื่อนร่วมงานของเขาแสวงหาแนวทางที่แตกต่างกัน ในฐานะที่เป็นวังอธิบายให้นิตยสารอวกาศผ่านทางอีเมล:
“ การศึกษาก่อนหน้านี้กำลังพยายามปรับเปลี่ยนกลศาสตร์ควอนตัมในบางวิธีเพื่อให้พลังงานสุญญากาศมีขนาดเล็กหรือพยายามปรับเปลี่ยนสัมพัทธภาพทั่วไปในบางวิธีเพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงมึนสำหรับพลังงานสูญญากาศ อย่างไรก็ตามกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นสองทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดที่อธิบายถึงวิธีการทำงานของจักรวาล ... แทนที่จะพยายามปรับเปลี่ยนกลศาสตร์ควอนตัมหรือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเราเชื่อว่าเราควรเข้าใจพวกเขาเป็นอย่างดี เราให้ความหนาแน่นของพลังงานสูญญากาศขนาดใหญ่ซึ่งทำนายไว้โดยกลศาสตร์ควอนตัมอย่างจริงจังและปล่อยให้พวกมันเคลื่อนที่ตามความสัมพันธ์ทั่วไปโดยไม่ต้องดัดแปลงทั้งสองอย่าง”
เพื่อการศึกษาของพวกเขา Wang และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ทำการคำนวณชุดใหม่เกี่ยวกับพลังงานสูญญากาศซึ่งคำนึงถึงความหนาแน่นพลังงานสูงที่คาดการณ์ไว้ จากนั้นพวกเขาพิจารณาความเป็นไปได้ว่าในระดับที่น้อยที่สุด - มีขนาดเล็กกว่าอิเล็กตรอนหลายพันล้านเท่า - โครงสร้างของกาลอวกาศนั้นมีความผันผวนตามธรรมชาติและแกว่งไปมาทุกจุดระหว่างการขยายตัวและการหดตัว
เมื่อแกว่งไปมาผลลัพธ์ของความผันผวนเหล่านี้เป็นผลกระทบสุทธิที่เอกภพขยายตัวช้า แต่ในอัตราเร่ง หลังจากทำการคำนวณพวกเขาสังเกตเห็นว่าคำอธิบายดังกล่าวสอดคล้องกับทั้งการดำรงอยู่ของความหนาแน่นพลังงานสุญญากาศควอนตัมและสัมพัทธภาพทั่วไป ยิ่งไปกว่านั้นมันยังสอดคล้องกับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตในจักรวาลของเรามาเกือบศตวรรษ ตามที่ Unruh อธิบายไว้:
“ การคำนวณของเราแสดงให้เห็นว่าเราสามารถพิจารณา [ว่า] จักรวาลในระดับที่เล็กที่สุดกำลังขยายตัวและหดตัวในอัตราที่รวดเร็วอย่างไร้เหตุผล แต่ในขนาดใหญ่เนื่องจากค่าเฉลี่ยของเครื่องชั่งขนาดเล็กเหล่านั้นฟิสิกส์จะไม่สังเกตเห็นว่า 'ควอนตัมโฟม' มันมีผลตกค้างเล็กน้อยในการให้ค่าคงที่ทางดาราศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพ (เอฟเฟกต์พลังงานมืด) ในบางวิธีมันก็เหมือนกับคลื่นบนมหาสมุทรที่เดินทางราวกับว่ามหาสมุทรนั้นเรียบ แต่จริง ๆ แล้วเรารู้ว่ามีการเต้นรำที่น่าทึ่งของอะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นน้ำและคลื่นเฉลี่ยเหนือความผันผวนเหล่านั้นและทำตัวราวกับ พื้นผิวเรียบ”
ตรงกันข้ามกับทฤษฎีที่ขัดแย้งกันของจักรวาลซึ่งกองกำลังต่าง ๆ ที่ควบคุมมันไม่สามารถแก้ไขได้และจะต้องยกเลิกซึ่งกันและกันวังและเพื่อนร่วมงานของเขานำเสนอภาพที่จักรวาลกำลังเคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลา ในสถานการณ์นี้ผลกระทบของพลังงานสูญญากาศเป็นการยกเลิกตัวเองจริง ๆ และยังก่อให้เกิดการขยายตัวและการเร่งความเร็วที่เราได้สังเกตตลอดเวลา
ในขณะที่มันอาจจะเร็วเกินไปที่จะบอก แต่ภาพของเอกภพที่มีพลวัตสูง (แม้ในระดับที่น้อยที่สุด) สามารถปฏิวัติความเข้าใจของกาลอวกาศได้ อย่างน้อยที่สุดการค้นพบเชิงทฤษฎีเหล่านี้จะช่วยกระตุ้นให้เกิดการถกเถียงในชุมชนวิทยาศาสตร์รวมถึงการทดลองที่ออกแบบมาเพื่อเสนอหลักฐานโดยตรง และอย่างที่เรารู้ว่าเป็นวิธีเดียวที่เราสามารถพัฒนาความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสิ่งนี้ที่เรียกว่าจักรวาล
