Zmiana fazy ciemnej energii wyjaśnia problemy ze stałą Hubble'a?

Krótko po Wielkim Wybuchu, gdy wszechświat zaczął się rozszerzać, przypominał on gotującą się wodę i dochodziło w nim do nieznanych dotychczas przejść fazowych. Wyobraźmy sobie, że bąble pojawiały się w różnych miejscach wczesnego wszechświata. Stawały się coraz większe, zderzały się ze sobą. W końcu mieliśmy do czynienia ze złożonym układem zderzających się bąbli, które uwolniły energię i wyparowały, mówi Martin S. Sloth z Centrum Kosmologii i Fenomenologii Fizyki Cząstek Uniwersytetu Południowej Danii. Wraz z Florianem Niedermannem z Nordyckiego Instytutu Fizyki Teoretycznej (NORDITA) w Sztokholmie stworzył on hipotezę, która ma rozwiązywać problemy ze stałą Hubble'a.

Stała Hubble'a to wartość, która mówi nam, z jaką prędkością wszechświat się rozszerza. Można ją obliczyć na podstawie analizy promieniowania tła albo na podstawie tempa oddalania się od nas gwiazd i galaktyk. Obie metody są prawidłowe, obie są przyjęte przez naukę. Problem w tym, że dają różne wyniki. A jest on na tyle poważny, że przed kilku laty odbyło się specjalne spotkanie, na którym omawiano to zagadnienie.

W nauce powinniśmy być w stanie dojść do tych samych wyników za pomocą różnych metod. Mamy więc problem. Dlaczego nie otrzymujemy takiego samego wyniku w tym przypadku, gdy jesteśmy pewni, że obie metody są prawidłowe?, pyta Niedermann. Jeśli uważamy obie te metody za prawidłowe, a tak jest, może to nie metody są problemem. Może powinniśmy popatrzeć na sam początek, na bazę do której te metody stosujemy. Może to w niej tkwi błąd, dodaje.

Bazą dla obu metod obliczania stałej Hubble'a jest Model Standardowy, który zakłada, że przez 380 000 lat po Wielkim Wybuchu wszechświat wypełniony był promieniowaniem i materią – zarówno normalną jak i ciemną – i to były dominujące formy energii. Promieniowanie i zwykła materia były skompresowane w ciemnej, gorącej gęstej plazmie. Dla takiego modelu otrzymujemy obecnie dwie różne wartości stałej Hubble'a.

Sloth i Niedermann wysunęli hipotezę, że we wczesnym wszechświecie dużą rolę odgrywała nieznana forma ciemnej energii. Okazało się, że gdy przyjęli takie założenie i obliczyli dla niego stałą Hubble'a, to za pomocą obu metod uzyskali ten sam wynik. Hipotezę tę nazwali NEDE (New Early Dark Energy – Nowa Wczesna Ciemna Energia).

Naukowcy postulują, że ta nowa ciemna energia przeszła zmianę fazy na krótko przed zmianą wszechświata z gęstej gorącej plazmy w stan, w jakim obecnie się znajduje. Ciemna energia wczesnego wszechświata przeszła zmianę fazy tak, jak woda może zmienić fazę pomiędzy stanem stały, ciekłym i gazowym. Podczas tej przemiany fazowej bąble energii zderzały się ze sobą, uwalniając energię, wyjaśnia Niedermann. Proces ten mógł trwać bardzo krótko, tylko tyle czasu ile trzeba dwóm cząstką by się zderzyły, a mógł trwać też 300 000 lat. Tego nie wiemy, ale próbujemy się dowiedzieć, dodaje Sloth.

Obaj naukowcy zdają sobie sprawę z faktu, że sugerują, iż podstawy naszego rozumienia wszechświata są wadliwe i że zaproponowali istnienie nieznanych dotychczas cząstek lub sił. Zauważają jednak, że w ten sposób można wyjaśnić problemy ze stałą Hubble'a. Jeśli ufamy obserwacjom i obliczeniom, to musimy zaakceptować fakt, iż nasz obecny model wszechświata nie wyjaśnia danych. Musimy więc poprawić ten model. Ale nie poprzez jego odrzucenie i odrzucenie wszystkiego, w czym dotychczas się sprawdził, ale przez dopracowanie go i uszczegółowienie, stwierdzają. A – jak mówią – dodanie do obecnego Modelu Standardowego hipotezy o zmianie fazy ciemnej energii we wczesnym wszechświecie pozwala na rozwiązanie problemów z obliczeniem tempa rozszerzania się wszechświata.

Warto w tym miejscu przypomnieć, że przed dwoma laty grupa fizyków wpadła na ślady nieznanego rodzaju ciemnej energii, która mogła istnieć w ciągu pierwszych 300 000 lat po Wielkim Wybuchu. Jeszcze inną próbą rozwiązania problemu jest przyjęcie, że wszechświat nie jest homogeniczny.

ciemna energia zmiana fazy stała Hubble'a