Θεωρία χορδών, σκοτεινή ενέργεια και πεμπτουσία

Posted on 14/08/2018

0


Η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να είναι ασύμβατη με την θεωρία των χορδών;

Cumrun Vafa, θεωρητικός φυσικός στο πανεπιστήμιο Χάρβαρντ

Μια νέα δημοσίευση υποστηρίζει πως τα σύμπαντα με το χαρακτηριστικό της σκοτεινής ενέργειας σαν το δικό μας δεν υπάρχουν στο «τοπίο (landscape)» των συμπάντων που επιτρέπεται από την θεωρία των χορδών.

Σύμφωνα με τον θεωρητικό των χορδών Cumrun Vafa και των συνεργατών του [Georges Obied, Hirosi Ooguri, Lev Spodyneiko, Cumrun Vafa , «De Sitter Space and the Swampland»], υπάρχει μια απλή φόρμουλα που υπαγορεύει σε ποια είδη συμπάντων επιτρέπεται η ύπαρξή τους, με βάση την θεωρία των χορδών.

H θεωρία των χορδών αποτελεί για πολλούς την κορυφαία υποψήφια «θεωρία των πάντων» που ενοποιεί την βαρύτητα με τις άλλες τρεις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις (ηλεκτρομαγνητική, ασθενή και ισχυρή πυρηνική). Η θεωρία επιτρέπει χονδρικά 10500 διαφορετικές λύσεις: ένα τεράστιο, ποικίλο «τοπίο» πιθανών συμπάντων. Οι θεωρητικοί των χορδών, όπως ο Vafa, αγωνίζονταν εδώ και χρόνια να θέσουν το δικό μας σύμπαν μέσα στο τοπίο των δυνατοτήτων που μας προσφέρει η θεωρία.

Την αρχική δημοσίευση των Vafa et al, δυο μέρες αργότερα ακολούθησε και δεύτερη [Prateek Agrawal, Georges Obied, Paul J. Steinhardt, Cumrun Vafa, «On the Cosmological Implications of the String Swampland»], σύμφωνα με την οποία καθώς το σύμπαν διαστέλλεται, η πυκνότητα της ενέργειας κενού του (κενού) χώρου πρέπει να μειώνεται γρηγορότερα από έναν συγκεκριμένο ρυθμό. Το συμπέρασμα αυτό φαίνεται να είναι ορθό σε όλα τα απλά μοντέλα συμπάντων που βασίζονται στην θεωρία των χορδών. Αλλά παραβιάζονται δυο ισχυρές πεποιθήσεις που έχουμε για τον πραγματικό κόσμο: θεωρείται αδύνατη η αποδεκτή εικόνα ενός διαστελλόμενου σύμπαντος, μαζί με το κυρίαρχο μοντέλο της εκρηκτικής γέννησής του.

Από το 1998 οι παρατηρήσεις με τηλεσκόπια  έδειξαν ότι το σύμπαν διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Η συνεχώς επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος αποδίδεται σε ένα άγνωστο προς το παρόν είδος βαρυτικής απώθησης που προκαλεί ο κενός χώρος και ονομάζεται σκοτεινή ενέργεια. Επιπλέον φαίνεται πως η σκοτεινή ενέργεια που «γεμίζει» τον κενό χώρο παραμένει σταθερή με την πάροδο του χρόνου. Όμως σύμφωνα με τις τελευταίες δημοσιεύσεις αυτός ο ισχυρισμός δεν ισχύει – η ενέργεια του κενού πρέπει να μειώνεται.

Ο Vafa και οι συνεργάτες του υποστηρίζουν πως τα σύμπαντα με σταθερή θετική ποσότητα ενέργειας κενού, γνωστά ως «σύμπαντα de Sitter», δεν είναι δυνατά. Οι θεωρητικοί των χορδών αγωνίζονται από το 1998, όταν ανακαλύφθηκε η μυστηριώδης σκοτεινή ενέργεια, να κατασκευάσουν συμβατά μοντέλα της θεωρίας των χορδών με τα  σύμπαντα de Sitter. Όμως αν ο Vafa έχει δίκιο, τότε αυτές οι προσπάθειες βυθίζονται σε μια λογική ασυνέπεια και τα σύμπαντα de Sitter δεν βρίσκονται στο «τοπίο (landscape)», αλλά σε «βάλτο (swampland)».

H θεωρία των χορδών επιτρέπει ένα «τοπίο(landscape)» από πιθανά σύμπαντα, που περιβάλλονται από έναν τέλμα (swampland) λογικά ασύμβατων συμπάντων. Σε όλα τα αποδεκτά και βιώσιμα σύμπαντα η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας είτε μειώνεται είτε έχει μια σταθερή αρνητική τιμή, σε αντίθεση με το σύμπαν μας, όπου η σκοτεινή ενέργεια φαίνεται να έχει μια σταθερή θετική τιμή.

Αν αληθεύει αυτός ο ισχυρισμός, τότε η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας στο σύμπαν μας δεν μπορεί να είναι σταθερή, αλλά πρέπει να πάρει μια μορφή που ονομάζεται «πεμπτουσία (quintessence)». Η πεμπτουσία διαφέρει από την ερμηνεία της σκοτεινής ενέργειας διαμέσου της κοσμολογικής σταθεράς διότι είναι δυναμική. Δηλαδή μεταβάλλεται με τον χρόνο, σε αντίθεση με την κοσμολογική σταθερά που εξ’ ορισμού παραμένει σταθερή.

Αρκετές έρευνες τηλεσκοπίων βρίσκονται σε εξέλιξη για να διερευνηθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια αν το σύμπαν διαστέλλεται με σταθερό επιταχυνόμενο ρυθμό, που θα σήμαινε ότι καθώς δημιουργείται νέος χώρος, μια ανάλογη ποσότητα νέας σκοτεινής ενέργειας εμφανίζεται, ή αν η κοσμική επιτάχυνση βαθμιαία μεταβάλλεται, όπως προβλέπουν τα μοντέλα που περιλαμβάνουν την έννοια της πεμπτουσίας.

Μια ανακάλυψη της πεμπτουσίας θα φέρει (προφανώς) επανάσταση στη φυσική και την κοσμολογία, συμπεριλαμβανομένης της αναδιατύπωσης της ιστορίας του κόσμου και του μέλλοντός του. Αντί της Μεγάλης Ρήξης (Big Rip), ένα σύμπαν πεμπτουσίας θα επιβραδυνόταν σταδιακά, και στα περισσότερα μοντέλα, η διαστολή θα σταματούσε τελικά και θα άρχιζε η συστολή του προς μια Μεγάλη Σύνθλιψη ή Μεγάλη Αναπήδηση.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο του quantamagazine: «Dark Energy May Be Incompatible With String Theory«