Tại sao vũ trụ giãn nở với tốc độ gia tăng, lan rộng nội dung của nó trên các chiều không gian lớn hơn bao giờ hết? Một giải pháp ban đầu cho câu đố này, chắc chắn là câu hỏi hấp dẫn nhất trong vũ trụ học hiện đại, được đưa ra bởi bốn nhà vật lý lý thuyết, Edward W. Kolb thuộc Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia Fermi của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Chicago (Hoa Kỳ): Sabino Matarrese thuộc Đại học Padova; Alessio Notari từ Đại học Montreal (Canada); và Antonio Riotto của INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) của Padova (Ý). Nghiên cứu của họ đã được gửi ngày hôm qua đến tạp chí Vật lý Đánh giá.
Trong một trăm năm qua, sự mở rộng của vũ trụ là một chủ đề thảo luận sôi nổi, lôi cuốn những bộ óc thông minh nhất thế kỷ. Giống như những người cùng thời, Albert Einstein ban đầu nghĩ rằng vũ trụ là tĩnh: rằng nó không mở rộng cũng không co lại. Khi Lý thuyết tương đối tổng quát của chính mình cho thấy rõ ràng vũ trụ nên giãn nở hay co lại, Einstein đã chọn đưa một thành phần mới vào lý thuyết của mình. Hằng số vũ trụ học của anh ấy là đại diện cho mật độ không gian trống khiến vũ trụ mở rộng với tốc độ ngày càng tăng.
Khi vào năm 1929, Edwin Hubble đã chứng minh rằng vũ trụ trên thực tế đang giãn nở, Einstein đã từ chối hằng số vũ trụ của mình, gọi đó là lỗi lầm lớn nhất trong cuộc đời tôi. Sau đó, gần một thế kỷ sau, các nhà vật lý đã hồi sinh hằng số vũ trụ trong một biến thể gọi là năng lượng tối. Năm 1998, các quan sát về siêu tân tinh rất xa đã chứng minh rằng vũ trụ đang giãn nở với tốc độ gia tăng. Sự mở rộng đang tăng tốc này dường như chỉ có thể giải thích được bằng sự hiện diện của một thành phần mới của vũ trụ, một năng lượng tối của người Hồi giáo, Đại diện cho khoảng 70% tổng khối lượng của vũ trụ. Phần còn lại, khoảng 25 phần trăm dường như ở dạng một thành phần bí ẩn khác, vật chất tối; trong khi chỉ có khoảng 5 phần trăm bao gồm vật chất thông thường, những quark, proton, neutron và electron mà chúng ta và các thiên hà được tạo thành.
Giả thuyết về năng lượng tối cực kỳ hấp dẫn, Chuyên giải thích Padova, ông Antonio Riotto, nhưng mặt khác, nó lại là một vấn đề nghiêm trọng. Không có mô hình lý thuyết nào, thậm chí không phải là hiện đại nhất, chẳng hạn như siêu đối xứng hoặc lý thuyết dây, có thể giải thích sự hiện diện của năng lượng tối bí ẩn này với số lượng mà các quan sát của chúng ta yêu cầu. Nếu năng lượng tối là kích thước mà các lý thuyết dự đoán, vũ trụ sẽ giãn nở với vận tốc tuyệt vời đến mức nó sẽ ngăn cản sự tồn tại của mọi thứ chúng ta biết trong vũ trụ của chúng ta.
Lượng năng lượng tối cần thiết rất khó để hòa hợp với các quy luật tự nhiên đã biết mà các nhà vật lý đã đề xuất mọi cách giải thích kỳ lạ, bao gồm các lực mới, các chiều không gian mới và các hạt cơ bản siêu nhẹ mới. Tuy nhiên, báo cáo mới đề xuất không có thành phần mới nào cho vũ trụ, chỉ nhận ra rằng sự gia tốc hiện tại của vũ trụ là hệ quả của mô hình vũ trụ tiêu chuẩn cho vũ trụ sơ khai: lạm phát.
Giải pháp của chúng tôi đối với nghịch lý do vũ trụ gia tốc tạo ra, ông Ri Riotto nói, đâm dựa vào cái gọi là lý thuyết lạm phát, ra đời năm 1981. Theo lý thuyết này, trong một phần nhỏ của giây sau Vụ nổ lớn, vũ trụ đã trải qua một sự mở rộng nhanh chóng đến không ngờ. Điều này giải thích tại sao vũ trụ của chúng ta dường như rất đồng nhất. Gần đây, các thí nghiệm Boomerang và WMAP, đã đo lường các dao động nhỏ trong bức xạ nền có nguồn gốc từ Vụ nổ lớn, đã xác nhận lý thuyết lạm phát.
Người ta tin rằng trong quá trình mở rộng lạm phát sớm trong lịch sử vũ trụ, những gợn sóng rất nhỏ trong không thời gian đã được tạo ra, theo dự đoán của Thuyết tương đối rộng Einstein Einstein. Những gợn sóng này được kéo dài bởi sự giãn nở của vũ trụ và ngày nay vượt xa chân trời vũ trụ của chúng ta, đó là một khu vực lớn hơn nhiều so với vũ trụ quan sát được, khoảng cách khoảng 15 tỷ năm ánh sáng. Trong bài báo hiện tại của họ, các tác giả đề xuất rằng chính sự tiến hóa của những gợn sóng vũ trụ này làm tăng sự giãn nở quan sát của vũ trụ và tính đến sự tăng tốc của nó.
Chúng tôi nhận ra rằng bạn chỉ cần thêm thành phần quan trọng mới này, những gợn sóng của không thời gian được tạo ra trong thời kỳ lạm phát, để Einstein Thuyết tương đối rộng để giải thích tại sao vũ trụ đang tăng tốc ngày hôm nay, ông Ri Riotto nói. Có vẻ như giải pháp cho câu đố gia tốc liên quan đến vũ trụ vượt ra ngoài chân trời vũ trụ của chúng ta. Không cần năng lượng tối bí ẩn.
Fermilab sườn Kolb gọi đề xuất của tác giả là lời giải thích bảo thủ nhất cho vũ trụ đang tăng tốc. Ông chỉ yêu cầu một sự tính toán đúng đắn về tác động vật lý của những gợn sóng vượt ra ngoài chân trời vũ trụ của chúng ta, ông nói.
Dữ liệu từ các thí nghiệm sắp tới sẽ cho phép các nhà vũ trụ học kiểm tra đề xuất. Cho dù Einstein có đúng khi lần đầu tiên đưa ra hằng số vũ trụ, hay liệu ông có đúng khi sau đó bác bỏ ý tưởng này sẽ sớm được thử nghiệm bởi một vòng quan sát vũ trụ chính xác mới, ông Kol Kol nói. Dữ liệu mới sẽ sớm cho phép chúng ta phân biệt giữa lời giải thích của chúng ta về sự giãn nở nhanh chóng của vũ trụ và giải pháp năng lượng tối.
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), viện vật lý hạt nhân quốc gia Ý, hỗ trợ, điều phối và thực hiện nghiên cứu khoa học về vật lý hạt nhân, hạt nhân và hạt nhân và tham gia phát triển các công nghệ liên quan.
Fermilab, ở Batavia, Illinois, Hoa Kỳ, được điều hành bởi Hiệp hội Nghiên cứu Đại học, Inc. cho Khoa Khoa học Năng lượng, nơi tài trợ cho nghiên cứu tiên tiến về vật lý hạt và vũ trụ học.
Nguồn gốc: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
