16 °C

Една нова частица може би промени съдбата на Вселената

Астрономите са в малко затруднение, тъй като не могат да постигнат съгласие колко бързо се разширява Вселената. 

Откакто нашата Вселена се е появила от Големия взрив на мъничка частица с безкрайна плътност и гравитация, тя се разширява, но също не с постоянна скорост - разширяването на Вселената продължава да става все по-бързо. 

Но колко бързо се разширява е спорен въпрос. Измерванията на тази скорост на разширение от близките източници са в противоречие със същото измерване, взето от отдалечени източници. Едно от възможните обяснения е, че в общи линии във Вселената се е случило нещо, което е променило скоростта на разширяване. 

И един теоретик предложи да се въведе чисто нова частица и да промени бъдещата съдба на целия ни космос.

Един от начините за измерване на скоростта на разширяване на Вселената днес, чиято мярка е константата на Хъбъл (обозначавана като Ho), е да се разгледат близките пулсиращи звезди, наречени цефеиди, при които има ясна връзка между периода на пулсация и светимостта. Благодарение на това свойство учените могат да определят разстоянието до подобни звезди и да изчислят колко бързо се отдалечават от нас. Последно въз основа на последните наблюдения на 70 цефеиди в Големия Магеланов облак екип от астрономи успя да установи, че константата на Хъбъл е Ho = 74,03 km/s/Mpc (километра в секунда на мегапарсек (единица дължина в астрономията). Това означава, че за всеки 3,3 милиона светлинни години, отдалечавайки се във Вселената, една галактика се отдалечава от нас по-бързо с малко над 74 км/сек.

Стойността на константата на Хъбъл в ранната Вселена, преди около 13 милиарда години, от друга страна, се измерва по различен начин, а именно с помощта на европейската космическа обсерватория "Планк", която измерва космическото микровълново фоново излъчване, наричано и реликтово лъчение, CMB, остатък от Големия взрив. И тя бе определена преди няколко години на стойност Ho = 67.4 km/s/Mpc, което е с 9% по-бавно от сегашното разширение.

Тази разликата е реална и не е статистически шум.

Да погледнем към тъмната страна

Може би едното или двете измервания са погрешни или непълни. Но ако приемем, че и двете измервания са точни, тогава имаме нужда от още нещо, което да обясни разликите в измерванията. Тъй като едното измерване идва от най-ранната вселена, а другото идва от по-сравнително скорошно време, идеята е, че може би някаква нова съставка в космоса променя скоростта на разширяване на Вселената по начин, който още не е установен в досегашните модели.

Това, което доминира в сегашните представи за разширяването на Вселената днес, е загадъчно явление, което наричаме тъмна енергия. Но всичко, което знаем е, че скоростта на разширяване на Вселената днес се ускорява и ние наричаме силата, движеща това ускорение, „тъмна енергия“.

Когато сравняват ранната и днешната вселена физиците приемат, че тъмната енергия (каквато и да е тя) е постоянна. Но с това предположение идва установеното разминаване в изчисленията, така че може би тъмната енергия се променя. 

Да предположим, че тъмната енергия се променя.

Учените имат мрачното подозрение, че тъмната енергия има нещо общо с енергията, която е заключена във самия вакуум на пространство-времето. Тази енергия идва от всички „квантови полета“, които проникват във Вселената. 

В съвременната квантова физика всеки отделен вид частици е свързан със свое специфично поле. Тези полета проникват през цялото пространство-време и понякога на места тези полета се "вълнуват", превръщайки се в частиците, които познаваме като електрони, кварки или неутрино. Всички електрони принадлежат към електронното поле, всички частици неутрино принадлежат към неутринното поле и т.н. Ако на такова поле се изпрати достатъчно енергия, то се възбужда, т.е. ражда се частица – квант на това поле. Пораждането на частица може да се опише като преход от “ненаблюдаемо” състояние на вакуум към реално състояние.

Взаимодействието на тези полета е в основата на нашето разбиране на квантовия свят.

Квантовата теория на полето
Анимация на математически модел на флуктуации на енергийната плътност на глуонен вакуум. Кредит: Centre for the Subatomic Structure of Matter (CSSM) and Department of Physics, University of Adelaide, 5005 Australia

Тази анимация е включена в лекцията на проф. Франк Вилчек по случай връчването му на Нобеловата награда през 2004 г.

Взаимодействието между частиците е въщност прехвърляне на енергия от едно поле в друго. Например, възбуденото поле на една частица каон може да прехвърли цялата си енергия върху пионно поле, възбуждайки две частици в него. Каонното поле след това изпада до състояние на нулева частица. Обикновено се казва, че каонът се разпада на две частици пиони и ние си представяме зелена топка, която се разкъсва на две сини топки, но всъщност квантова вълна протича между две полета.

И независимо къде сме във Вселената, не можем да избягаме от квантовите полета. Дори когато не вибрират достатъчно на определено място, за да направят частица, те все пак са там, вълнуват се и вибрират. Така че тези квантови полета имат основно количество енергия, свързано с тях, дори в "празния" вакуум.

Ако се опитаме да използваме екзотичната квантова енергия на вакуума на пространство-времето, за да обясним тъмната енергия, веднага се появяват проблеми.

Според съществуващите теории енергията на вакуума заради всичките квантови полета там, трябва да бъде с 120 порядъка повече, отколкото следва от астрономическите наблюдения колко би трябвало да е тъмната енергия. 

От друга страна, ако се разгледа вакуума като състояние на случайни флуктуации, или „пространствено-времева пяна“, която съществува в така наречената скала на Планк, режим с дължини до 10 −35 метра, време до 10 −44 секунди, в такъв малък мащаб дефинирането на време, дължина и енергия ще бъде подчинено на принципа на неопределеност. Такива области с Планкови размери имат еднаква вероятност да се разширят или свият. И при този сценарий, мозайката от малки области ще изглежда една и съща, равномерна в по-големи области във вакуума - и те няма да се разширяват или свиват, което означава, че ще има нулева космологическа константа. Което също не се съгласува с измереното количество тъмна енергия. 

Но ако тези измервания на скоростта на разширение са точни и тъмната енергия наистина се променя, тогава това може да ни даде представа за същността на тези квантови полета. По-конкретно, ако тъмната енергия се променя, това означава, че самите квантови полета са се променили. 

Появява се нов играч

В скорошна публикация, достъпна онлайн в списанието за препринти arXiv, теоретичният физик Масимо Чердонио (Massimo Cerdonio) от Университета в Падуа е изчислил размера на промяната в квантовите полета, необходими за отчитане на промяната на тъмната енергия.

Ако има ново квантово поле, което е отговорно за промяната на тъмната енергия, това означава, че във Вселената има нова частица.

Промяната в тъмната енергия, която изчислява Чердонио, изисква определен нов вид частица, чиято маса се оказва приблизително същата като масата на една вече предсказана частица - така наречената аксион. Физиците са въвели тази теоретична частица, за да разрешат някои проблеми с нашето квантово разбиране на силната ядрена сила.

Тази частица вероятно се е появила в най-ранната Вселена, но се е „спотайвала“ на заден план, докато други сили и частици контролират развитието на Вселената. И сега е ред на аксиона...

Въпреки това никога не сме откривали аксион, но ако тези изчисления са правилни, тогава това означава, че аксионът е там, изпълвайки Вселената и нейното квантово поле. Също така този хипотетичен аксион вече се забелязва като промяна на количеството тъмна енергия в космоса. Може да се окаже, че макар никога да не сме виждали тази частица в лаборатория, тя вече променя нашата Вселена в най-големи мащаби.

Източник: nauka.offnews.bg

Facebook коментари

Коментари в сайта

Хороскоп за 14.11.2019

Хороскоп за Овен

Овен
От вас зависи денят ви да е спокоен, ползотворен и приятен. Имате сили да приключите в срок със задачите си, оставяйки си време и за себе си. Добрите ви намерения ще ви отведат на интересни места и срещнат с подходящите хора. Починете си. Самотата не е добър партньор на никому.
14 ное 2019

Хороскоп за Телец

Телец
Избирате доста перспективна насока за действие. Успявате да си създадете ангажименти, които поглъщат цялото ви внимание. Работата ви е интересна и напълно ви удовлетворява. Не бързайте да отговаряте на направено ви предложение. Изчакайте известно време, ситуацията съвсем скоро много ще се промени. Готови сте да помогнете на ваш близък, но самият той като че ли не иска да излезе от затрудненото положение.
14 ное 2019

Хороскоп за Близнаци

Близнаци
Денят е подходящ за активни действие във всички посоки. Много от вас ще се заемат с решаването на административни въпроси, имащи отношение към авторитетни институции. Сами ще се уверите в повишаващите ви се творчески и професионални възможности, възползвайте се от момента.
14 ное 2019

Хороскоп за Рак

Рак
С ясни цели и овладени емоции ще продължите да работите, спазвайки срокове, обещания и лични интереси. В такъв дух новите ви идеи, споделени с подходящите хора, ще намерят по-бързата си реализация. Добрите взаимоотношения ви дават кураж и сила, които се отразяват благоприятно на самочувствието, плановете и настроението ви.
14 ное 2019

Хороскоп за Лъв

Лъв
Грижата за някого ще ви натовари допълнително, но няма да съжалявате. Помощта ви ще бъде оценена, но най-важното е, че чрез подкрепата ви ще се изправи и продължи. Има друго, което ви притеснява. Не всичко е такова, каквото би ви се искало в интимните отношения и голяма тежест ще свалите от гърба си, ако част по-скоро изясните положението.
14 ное 2019

Хороскоп за Дева

Дева
Денят ще ви донесе много поводи за радост в личен и делови план. Прибързаните решения днес едва ли ще са най-удачното средство за действие. Нужна ви е по-дълготрайна стратегия, съгласувана с екипа ви.
14 ное 2019

Хороскоп за Везни

Везни
В старанието си да свършите всичките си планирани задачи, ще подминете други, считайки ги за маловажни, но може да сгрешите. Обърнете внимание на здравето си и не пропускайте да посетите лекаря си, ако се чувствате отпаднали и без тонус. Ще получите добър съвет от приятел, както и насока към печеливша дейност.
14 ное 2019

Хороскоп за Скорпион

Скорпион
Животът ви е научил да се справяте с новостите без да жалите себе си, и без особени затруднения. Ще имате на своя страна добър помощник, макар, че все още не го припознавате в тази му роля. Ще вземете решение по проблем, който не търпи отлагане. Децата ще ви зарадват с добрите си постижения.
14 ное 2019

Хороскоп за Стрелец

Стрелец
Съсредоточете се върху краткосрочните си планове, като дадете предимство на професионалните си и бизнес-изяви. Днес ще можете да осъществите отлагано мероприятие и да постигнете съгласие по общ въпрос с роднини или партньори. Други ще получат интересна оферта, която ще ги занимава през следващите дни.
14 ное 2019

Хороскоп за Козирог

Козирог
Възможността да ви оценят справедливо и според заслугите ви е реална. В тази връзка покажете добрите си страни и не се главозамайвайте, ако отзивите надминат очакванията ви, продължете с упорството си над трудните въпроси и дайте своя принос за решението им.
14 ное 2019

Хороскоп за Водолей

Водолей
Работата ви налага да смирите егото си, ако обстоятелствата ви срещнат и с други, като вас властни и можещи хора. Ще се радвате на нещата, които обичате и ще се заредите с положителна енергия за дните напред, стига да отворите сетивата си и погледнете на живота си от към добрата му страна.
14 ное 2019

Хороскоп за Риби

Риби
Придобивате повече опит в нова за вас област. Това ви дава увереността да се заемете с въпроси, които сте избягвали досега. Бъдете сигурни, че късметът е на ваша страна. Очаква ви интересно запознанство, което може да прерасне в нещо сериозно. Инициативата е изцяло във вас. Вие избирате как да се развие всичко.
14 ное 2019
Последни новини