Πώς συνδέονται δύο από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος, η σκοτεινή ενέργεια και η σκοτεινή ύλη

Όταν κοιτάμε ένα παγόβουνο αυτό που βλέπουμε πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας είναι ένα πολύ μικρό τμήμα του σε σχέση με τον τεράστιο όγκο που είναι αόρατος και βυθισμένος στη θάλασσα. Το σύμπαν μας είναι σαν ένα τεράστιο παγόβουνο. Το ορατό του κομμάτι, τα άστρα, οι πλανήτες, εμείς οι ίδιοι, είναι μόλις το 5% του συνόλου. Το υπόλοιπο 95% είναι αόρατο και μυστηριώδες. Συνίσταται από την σκοτεινή ενέργεια, στην οποία αποδίδεται η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος και την σκοτεινή ύλη, η βαρύτητα της οποίας δεν αφήνει τους γαλαξίες να διαλυθούν.

Μέχρι σήμερα, οι φυσικοί θεωρούσαν ότι σκοτεινή ενέργεια και σκοτεινή ύλη δεν έχουν καμία σχέση μεταξύ τους. Άλλωστε δεν υπήρχε κάποιος ιδιαίτερος λόγος που να συσχετίζει τις δύο αυτές έννοιες οι οποίες εισήχθησαν αυθαίρετα για να δικαιολογήσουν τα αναμφισβήτητα παρατηρησιακά αστρονομικά δεδομένα. Μέχρι που οι φυσικοί Miguel Montero, Cumrun Vafa και Irene Valenzuela το 2022 στο άρθρο τους με τίτλο «The Dark Dimension and the Swampland«, πρότειναν κάτι εντυπωσιακά απλό και κομψό στο πλαίσιο της θεωρίας χορδών και του λεγόμενου προγράμματος swampland: την πρωτοποριακή ιδέα της «σκοτεινής διάστασης», σύμφωνα με την οποία θα μπορούσε (σε αυτό το θεωρητικό πλαίσιο), η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια να είναι στην πραγματικότητα οι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος.

Εκεί υποστηρίζουν ότι η εξαιρετικά μικρή, αλλά μη μηδενική, τιμή της σκοτεινής ενέργειας που παρατηρούμε στο σύμπαν μας και εκφράζεται από την κοσμολογική σταθερά Λ, οδηγεί κάτω από ορισμένες θεωρητικές υποθέσεις του swampland^(*), στην ύπαρξη μιας επιπλέον «μεσοσκοπικής» διάστασης καθώς και μιας ολόκληρης «οικογένειας» ελαφρών σωματιδίων που την συνοδεύει.

Σύμφωνα με την θεωρία των χορδών, το σύμπαν μας δεν έχει μόνο τις 4 γνωστές μας διαστάσεις (3 χωρικές + χρόνος), αλλά συνολικά 10 (αυτό αποτελεί θεωρητική πρόβλεψη της θεωρίας και δεν έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά). Τις υπόλοιπες 6 δεν τις αντιλαμβανόμαστε γιατί είναι «διπλωμένες» στον εαυτό τους σε αδιανόητα μικρό μέγεθος, δισεκατομμύρια φορές μικρότερες από ένα άτομο. Σύμφωνα με την εργασία των Montero et al, η μία από αυτές τις 6 κρυμμένες διαστάσεις είναι πολύ μεγαλύτερη από τις άλλες. Πρόκειται για την επονομαζόμενη «σκοτεινή διάσταση» η οποία έχει μέγεθος της τάξης του 1μm=10^-6m (όσο το μέγεθος ενός βακτηρίου). Στον μικρόκοσμο της φυσικής αυτό το μέγεθος είναι τεράστιο.

Τώρα τίθεται το ερώτημα, αν υπάρχει μια διάσταση στο μέγεθος ενός βακτηρίου παντού γύρω μας, τότε γιατί δεν την βλέπουμε στο μικροσκόπιο; Η απάντηση είναι ότι το φως και η συνηθισμένη ύλη είναι «παγιδευμένα» στον δικό μας τρισδιάστατο κόσμο. Το φως δεν μπορεί να διεισδύσει σ’ αυτή την επιπλέον διάσταση. Όμως η βαρύτητα μπορεί. Ο μόνος «επισκέπτης» που έχει το ελεύθερο να μπαίνει και να βγαίνει σε αυτή τη διάσταση είναι η βαρύτητα. Μόνο τα βαρυτόνια (τα σωματίδια διαμέσου των οποίων διαδίδεται η βαρυτική δύναμη) μπαίνουν και βγαίνουν σε αυτή τη διάσταση^(**).

Η ύπαρξη αυτής της σκοτεινής διάστασης θα μπορούσε να λύσει ταυτόχρονα τους δύο μεγαλύτερους γρίφους της κοσμολογίας: την γέννηση της σκοτεινής ύλης και την φύση της σκοτεινής ενέργειας.
● Όταν τα σωματίδια της βαρύτητας διαρρέουν μέσα σε αυτή την σκοτεινή διάσταση, αρχίζουν να πάλλονται. Αυτή η δόνηση, από τη δική μας οπτική γωνία, τα κάνει να αποκτούν μάζα. Γίνονται βαριά «σκοτεινά βαρυτόνια». Αυτή η «μάζα» δεν προκύπτει από κυριολεκτική δόνηση, αλλά από την κβαντισμένη ορμή των σωματιδίων μέσα στην επιπλέον διάσταση (μηχανισμός Kaluza–Klein). Αυτά τα σωματίδια έχουν μάζα αλλά δεν αλληλεπιδρούν με το φως, συμπεριφέρονται δηλαδή ακριβώς όπως η σκοτεινή ύλη.
● Τα μαθηματικά της θεωρίας δείχνουν ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι εκείνη που καθορίζει το μέγεθος της σκοτεινής διάστασης. Το γεγονός ότι η κοσμολογική σταθερά Λ έχει μια τόσο μικρή τιμή στο σύμπαν μας, σημαίνει αναπόφευκτα ότι η διάσταση πρέπει να έχει μέγεθος της τάξης του ενός μικρομέτρου ().

Το πιο συναρπαστικό στοιχείο της θεωρίας είναι ότι κάνει το σύμπαν να βγάζει νόημα ως σύνολο. Αν η διάσταση αυτή αλλάξει έστω και ελάχιστα μέγεθος κατά την εξέλιξη του σύμπαντος, τότε αλλάζουν ταυτόχρονα και η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια. Αυτό ταιριάζει με τα πρόσφατα δεδομένα από το τηλεσκόπιο DESI, τα οποία έδειξαν ότι η σκοτεινή ενέργεια δεν είναι μια σταθερή, αμετάβλητη δύναμη, αλλά εξελίσσεται με τον χρόνο. Συγκεκριμένα, πρόσφατες αναλύσεις δείχνουν ότι η σκοτεινή ενέργεια έφτασε στη μέγιστη ισχύ της πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια και έκτοτε εξασθενεί. Η εξέλιξη αυτή δίνει τέλος στο παράδοξο του «καθεστώτος φάντασμα» – την ψευδαίσθηση δηλαδή ότι η σκοτεινή ενέργεια σε μια προηγούμενη εποχή δυνάμωνε με την πάροδο του χρόνου (καθώς το σύμπαν διαστελλόταν) παραβιάζοντας τη διατήρηση της ενέργειας – αφού η παρατηρούμενη συμπεριφορά οφείλεται απλώς σε μια φυσική μεταφορά ενέργειας ανάμεσα στη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια. Παράλληλα, επιστημονικές μελέτες του 2024-2025 δείχνουν ότι η αλληλεπίδρασή τους μπορεί να λύσει ένα από τα μεγαλύτερα τρέχοντα προβλήματα της κοσμολογίας: την «διαφορά Hubble» (Hubble tension), καθώς γεφυρώνει την ανεξήγητη διαφωνία (περίπου 9%) που καταγράφεται ανάμεσα στις μετρήσεις του ρυθμού διαστολής στο πρώιμο και στο σύγχρονο σύμπαν.

Επιπλέον, η ύπαρξη της σκοτεινής διάστασης παράγει ελέγξιμες προβλέψεις για το μέλλον. Αν η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με τον εαυτό της μέσω μιας νέας δύναμης σε αυτή τη διάσταση, θα μπορούσε να αφήνει ορατά αστροφυσικά αποτυπώματα, όπως τον σχηματισμό χαρακτηριστικών «παλιρροιακών ουρών», εκτεταμένων ρευμάτων από άστρα και αέρια, πίσω από γαλαξίες που συγκρούονται.

Η σκοτεινή διάσταση λοιπόν δεν είναι κάποιος μυστικιστικός άλλος κόσμος δίπλα μας. Είναι μια πιθανή φυσική ιδιότητα του χώρου, μια έξτρα «πτυχή» μεγέθους ενός βακτηρίου, την οποία διαπερνά η βαρύτητα, η οποία μπορεί να συνδέεται με την σκοτεινή ύλη και να καθορίζεται από την σκοτεινή ενέργεια, προσφέροντας ένα ενιαίο και κομψό θεωρητικό πλαίσιο για την κατανόηση αυτών των μυστηρίων (εφόσον αποδειχθεί σωστό).

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: A Dark Dimension Could Link Two of the Universe’s Great Unknowns – https://www.quantamagazine.org/a-dark-dimension-could-link-two-of-the-universes-great-unknowns-20260622/

(*) βάλτος ή τέλμα
(**) Γι αυτό η βαρυτική δύναμη φαίνεται ασθενής (σε σχέση με τις άλλες δυνάμεις) διότι «απλώνεται» στις επιπλέον διαστάσεις που δεν μπορούμε να αντιληφθούμε. 

Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΒΑΡΥΤΗΤΑ, ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ

Ετικέτες: ΘΕΩΡΙΑ ΧΟΡΔΩΝ, PHYSICS