Đầu dò siêu tốc / Tăng tốc, SNAP. Tín dụng hình ảnh: Berkeley Lab Bấm để phóng to
Năng lượng tối bí ẩn nào mà mà khiến cho sự giãn nở của vũ trụ tăng tốc? Đây có phải là một dạng hằng số vũ trụ nổi tiếng của Einstein, hay nó là một lực đẩy kỳ lạ, được mệnh danh là tinh hoa của Hồi giáo, có thể chiếm tới 3/4 của vũ trụ? Các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) và Đại học Dartmouth tin rằng có một cách để tìm hiểu.
Trong một bài báo được đăng trên Tạp chí Vật lý, các nhà vật lý Eric Linder của Berkeley Lab và Robert Caldwell của Dartmouth cho thấy các mô hình vật lý của năng lượng tối có thể được tách thành các kịch bản riêng biệt, có thể được sử dụng để loại bỏ hằng số vũ trụ của Einstein và giải thích bản chất của năng lượng tối. Hơn nữa, các nhà khoa học sẽ có thể xác định được kịch bản nào trong số các kịch bản này là đúng với các thí nghiệm được lên kế hoạch cho Nhiệm vụ Năng lượng tối chung (JDEM) đã được NASA và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đề xuất.
Các nhà khoa học đã tranh luận về câu hỏi "chúng ta cần đo chính xác năng lượng tối như thế nào để biết nó là gì?", Linder nói. Những gì chúng tôi đã làm trong bài báo của chúng tôi là đề xuất giới hạn chính xác cho các phép đo. May mắn thay, các giới hạn này phải nằm trong phạm vi của các thử nghiệm JDEM.
Linder và Caldwell đều là thành viên của nhóm định nghĩa khoa học DOE-NASA cho JDEM, có trách nhiệm đưa ra các yêu cầu khoa học về nhiệm vụ. Linder là người lãnh đạo nhóm lý thuyết cho SNAP? SuperNova / Tăng tốc thăm dò, một trong những phương tiện được đề xuất để thực hiện nhiệm vụ JDEM. Caldwell, một giáo sư vật lý và thiên văn học tại Dartmouth, là một trong những người khởi xướng khái niệm tinh hoa.
Trong bài viết của họ trong Tạp chí Vật lý, Linder và Caldwell đã mô tả hai tình huống, một kịch bản mà họ gọi là tan rã và một cách họ gọi là đóng băng, mà hướng tới số phận khác biệt cho vũ trụ mở rộng vĩnh viễn của chúng ta. Theo kịch bản tan băng, khả năng tăng tốc của việc mở rộng sẽ giảm dần và cuối cùng dừng lại, giống như một chiếc xe hơi khi người lái giảm bớt chân ga. Sự mở rộng có thể tiếp tục chậm hơn, hoặc vũ trụ thậm chí có thể tái phát. Theo kịch bản đóng băng, khả năng tăng tốc tiếp tục vô tận, giống như một chiếc xe với bàn đạp ga được đẩy xuống sàn. Vũ trụ sẽ ngày càng lan tỏa, cho đến cuối cùng thiên hà của chúng ta sẽ thấy mình cô đơn trong không gian.
Một trong hai kịch bản này loại trừ hằng số vũ trụ Einstein Einstein. Trong bài trình bày Linder và Caldwell trên giấy của họ, lần đầu tiên, làm thế nào để tách biệt rõ ràng ý tưởng Einstein Einstein khỏi các khả năng khác. Tuy nhiên, trong bất kỳ kịch bản nào, năng lượng tối là một lực phải được tính toán.
Linder cho biết, vì năng lượng tối chiếm khoảng 70% nội dung của vũ trụ, nó chiếm ưu thế so với nội dung vật chất. Điều đó có nghĩa là năng lượng tối sẽ chi phối sự giãn nở và cuối cùng, quyết định số phận của vũ trụ.
Năm 1998, hai nhóm nghiên cứu đã làm rung chuyển lĩnh vực vũ trụ học với các thông báo độc lập rằng sự mở rộng của vũ trụ đang tăng tốc. Bằng cách đo sự dịch chuyển ánh sáng từ siêu tân tinh loại Ia, các ngôi sao trong vũ trụ phát nổ với năng lượng đặc trưng, các nhóm từ Dự án vũ trụ Supernova có trụ sở tại Phòng thí nghiệm Berkeley và Nhóm tìm kiếm siêu tân tinh Z tập trung ở Úc đã xác định rằng sự giãn nở của vũ trụ là thực sự tăng tốc, không giảm tốc. Lực lượng không xác định đằng sau sự mở rộng tăng tốc này được đặt tên là năng lượng tối.
Trước khi phát hiện ra năng lượng tối, trí tuệ khoa học thông thường cho rằng Vụ nổ lớn đã dẫn đến sự giãn nở của vũ trụ sẽ dần dần bị trọng lực làm chậm lại. Nếu nội dung vật chất trong vũ trụ cung cấp đủ lực hấp dẫn, một ngày nào đó sự giãn nở sẽ dừng lại hoàn toàn và vũ trụ sẽ tự quay trở lại trong một cuộc khủng hoảng lớn. Nếu lực hấp dẫn từ vật chất không đủ để ngăn chặn hoàn toàn sự giãn nở, vũ trụ sẽ tiếp tục trôi nổi mãi mãi.
Từ các thông báo vào năm 1998 và các phép đo tiếp theo, giờ đây chúng ta biết rằng sự giãn nở nhanh chóng của vũ trụ đã không bắt đầu cho đến khi nào đó trong 10 tỷ năm qua, Mitch Caldwell nói.
Các nhà vũ trụ học hiện đang tranh giành để xác định chính xác năng lượng tối là gì. Năm 1917, Einstein đã sửa đổi Lý thuyết tương đối tổng quát của mình bằng hằng số vũ trụ, nếu giá trị là đúng, sẽ cho phép vũ trụ tồn tại ở trạng thái tĩnh, cân bằng hoàn hảo. Mặc dù lịch sử, nhà vật lý nổi tiếng nhất sau này sẽ gọi việc bổ sung hằng số sai lầm lớn nhất này của mình, nhưng việc phát hiện ra năng lượng tối đã làm hồi sinh ý tưởng này.
Linder hằng số vũ trụ là một năng lượng chân không (năng lượng của không gian trống) giữ cho lực hấp dẫn không thể kéo vũ trụ vào chính nó, Linder nói. Một vấn đề với hằng số vũ trụ là nó không đổi, có cùng mật độ năng lượng, áp suất và phương trình trạng thái theo thời gian. Tuy nhiên, năng lượng tối phải không đáng kể trong các giai đoạn sớm nhất của vũ trụ; nếu không thì các thiên hà và tất cả các ngôi sao của chúng sẽ không bao giờ hình thành.
Đối với hằng số vũ trụ Einstein Einstein dẫn đến kết quả trong vũ trụ mà chúng ta thấy ngày nay, thang năng lượng sẽ phải có nhiều bậc lớn hơn bất kỳ thứ gì khác trong vũ trụ. Mặc dù điều này có thể là có thể, Linder nói, nó dường như không có khả năng. Nhập khái niệm về tinh hoa của người Hồi giáo, tên được đặt theo yếu tố thứ năm của người Hy Lạp cổ đại, ngoài không khí, đất, lửa và nước; họ tin rằng đó là lực giữ mặt trăng và các ngôi sao tại chỗ.
Caldwell là một dạng năng lượng năng động, phát triển theo thời gian và phụ thuộc vào không gian với áp lực tiêu cực đủ để thúc đẩy sự mở rộng đang tăng tốc, Caldwell nói. Trong khi đó, hằng số vũ trụ là một dạng năng lượng rất đặc thù? năng lượng chân không? tinh hoa bao gồm một loạt các khả năng.
Để hạn chế khả năng tinh túy và cung cấp các mục tiêu vững chắc cho các thử nghiệm cơ bản cũng xác nhận khả năng ứng cử của nó là nguồn năng lượng tối, Linder và Caldwell đã sử dụng trường vô hướng làm mô hình của chúng. Trường vô hướng sở hữu thước đo giá trị nhưng không định hướng cho tất cả các điểm trong không gian. Với phương pháp này, các tác giả đã có thể thể hiện tinh hoa như một trường vô hướng làm giảm năng lượng tiềm năng của nó xuống một giá trị tối thiểu. Hãy nghĩ về một bộ lò xo dưới sức căng và tạo ra một áp lực tiêu cực chống lại áp lực dương của trọng lực.
Một lĩnh vực vô hướng tinh túy giống như một lĩnh vực lò xo bao phủ mọi điểm trong không gian, với mỗi mùa xuân được kéo dài đến một chiều dài khác nhau, theo L Linder cho biết. Hằng Đối với Einstein, hằng số vũ trụ, mỗi mùa xuân sẽ có cùng chiều dài và bất động.
Theo kịch bản tan băng của họ, năng lượng tiềm năng của lĩnh vực tinh túy đã được đông lạnh tại chỗ cho đến khi mật độ vật chất giảm dần của một vũ trụ đang giãn nở dần dần giải phóng nó. Trong kịch bản đóng băng, trường tinh hoa đã hướng tới tiềm năng tối thiểu của nó kể từ khi vũ trụ trải qua lạm phát, nhưng khi thống trị vũ trụ, nó dần trở thành một giá trị không đổi.
Đề xuất SNAP được nghiên cứu và phát triển bởi các nhà vật lý, nhà thiên văn học và kỹ sư tại Phòng thí nghiệm Berkeley, phối hợp với các đồng nghiệp của Đại học California tại Berkeley và nhiều tổ chức khác; nó kêu gọi một kính viễn vọng phản chiếu 3 mét, gương trong quỹ đạo không gian sâu sẽ được sử dụng để tìm và đo hàng ngàn siêu tân tinh loại Ia mỗi năm. Các phép đo này cần cung cấp đủ thông tin để chỉ rõ ràng về kịch bản tan băng hay đóng băng? hoặc đến một cái gì đó hoàn toàn mới và chưa biết.
Nói Linder, Thái Nếu kết quả từ các phép đo như SNAP có thể nằm ngoài kịch bản tan băng hoặc đóng băng, thì chúng ta có thể phải nhìn xa hơn tinh túy, có lẽ là vật lý kỳ lạ hơn, chẳng hạn như sửa đổi Lý thuyết chung của Einstein của Thuyết tương đối để giải thích năng lượng tối.
Nguồn gốc: Berkeley Lab News News
