Posted by დაღლილი სინათლის შესახებ ვითომ სენსაციური სიახლეების, დიდი აფეთქების თეორიისა და არსებული კოსმოლოგიური საფუძვლების რღვევის შესახებ მყვირალა სათაურების ნაკადში (დიდი აფეთქება, “ჯეიმს ვები” და “პანიკა”), არ უნდ აგამოგვრჩეს მართლაც მნიშვნელოვანი და პოტენციურად სენსაციური სიახლეც: ბნელი ენერგია, როგორც ჩანს, არა ვაკუუმის შინაგანად დამახასიათებელი (იმანენტური) თვისებაა, ან დამატებითი წევრი ფადრობითობის ზოგად თეორიაში, არამედ ფიზიკური ველია, თავისი ბუნებრივი დინამიკით. ბნელი ენერგიის ეს ვარიანტი, ΛCDM სტანდარტულ მოდელშიც ჯდება, მას “კვინტესენციას” (დინამიური სკალარული ველის ნაწილაკურის მსგავსი აგზნება) უწოდებენ და სამყაროს ბედს გაცილებით საინტერესოს ხდის, ვიდრე მუდმივი ექსპონენტური გაფართოება (რაც უფრო მეტ მაჩვენებელს იღებს ექსპონენტურად ზრდადი სიდიდე, მით უფრო სწრაფად იზრდება ის. ნებისმიერ ხარისხობრივ და მით უმეტეს, წრფივ ზრდაზე სწრაფია, თუმცა არ მიდის უსასრულობამდე დროის სასრულ მონაკვეთში).
დასაწყისი
ობსერვატორია კიტ პიკის (არიზონა, აშშ) ასტრონომებმა, სამყაროს ისეთი დეტალური დაკვირვება დაიწყეს, როგორიც აქამდე არ მომხდარა. 5 წლიანი დაკვირვებების მთავარი მიზანი იყო, რაც შეიძლება მეტი ინფორმაცია შეეგროვებინათ იდუმალი ბნელი ენერგიის შესახებ, რომელიც სამყაროს აჩქარებით გაფართოებაზე უნდა იყოს პასუხისმგებელი. ინსტრუმენტი სახელად DESI, 5 ათას მინიატურულ ტელესკოპს შეიცავს. ყოველ მათგანს შეუძლია 20 წუთის განმავლობაში მიიღოს გალაქტიკებიდან მოსული სინათლე. შედეგად, მეცნიერები წლის განმავლობაში იმაზე მეტ გალაქტიკას დააკვირდებიან, ვიდრე მსოფლიოს სხვა ტელესკოპები ერთად. ცნობილია, რომ ტელესკოპი 30 მილიონ გალაქტიკას უნდა დააკვირდეს, ამ ეტაპზე კი მათი მეხუთედის სპექტრი იქნა მიღებული, ახალი ნაშრომიც სწორედ ამას მიეძღვნა.
რატომ არის ეს პროექტი მნიშვნელოვანი? გალაქტიკების სპექტრები მათ წითელ წანაცვლებას გვიჩვენებს, რომელიც ამ ობიექტებამდე მანძილის დასადგენად გამოიყენება. ამით ვღებულობთ სამყაროს სამგანზომილებიან რუკას, რომელიც ზუსტად ასახავს მის ფართომასშტაბიან სტრუქტურას. ფართომასშტაბიანი სტრუქტურა, თავის მხრივ, ატარებს ადრეულ სამყაროში მომხდარ პერტურბაციულ (უეცარი ცვლილება) კვლებს, დამოკიდებულია მის თანამედროვე შემადგენელზე და, რაც მთავარია, მგრძნობიარეა ფიზიკური კანონების მიმართ, რომლებსაც სამყაროს შემადგენელი ემორჩილება. ამიტომაც არის ასეთი მნიშვნელოვანი სამყაროს ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის შესწავლა.
DESI-ის წინამორბედი იყო სლოანის ცის ციფრული დამზერის პროგრამა (SDSS). იქ, გალაქტიკების მილიონობით სპექტრების შესახებ ინფორმაციის მიღებით, მნიშვნელოვანი კოსმოლოგიური მინიშნებები გამოვლინდა, უპირველეს ყოვლისა, ე.წ. ბარიონული აკუსტიკური (ოსცილაციები) რხევები (BAO). წყლის ზედაპირზე გავრცელებულ ერთნაირი ზომის წრეებს შეიძლება შევადაროთ, რომლებიც დროში გაიყინა.
ბნელი ენერგია
სამყარო აჩქარებით ფართოვდება, თითქოსდა რაღაც უხილავი ძალა, როგორც ბუშტს, შიგნიდან აფართოებს მას. ეს ძალა, იგივე ”ბნელი ენერგია”, ასტროფიზიკის ერთ-ერთ ყველაზე დიდ საიდუმლოდ რჩება. თეორეტიკოსთა ტრიო გვიმტკიცებს, რომ ეს ძალა საკმაოდ უჩვეულო წყაროდან ჩნდება. რაც არ უნდა უცნაურად ჟღერდეს, მათი აზრით ეს, ჩვენს მიერ სკოლაში ნასწავლი ფიზიკის საფუძვლებს ეწინააღმდეგება: სამყაროს საერთო ენერგია არ არის უცვლელი, ის შეიძლება თანდათან გაქრეს.
მეცნიერთა აზრით, ბნელი ენერგია განსაკუთრებული ველი შეიძლება იყოს, ელექტრულის მსგავსი, რომელიც მთელ სივრცეს ავსებს. მეორეს მხრივ, თვით კოსმოსის ნაწილი შეიძლება იყოს, რომელსაც კოსმოლოგიურ მუდმივას უწოდებენ (ლამბდა წევრი – მოკლედ კოსმოლოგიური მოდელის შესახებ). სხვა ვერსია, თითქოსდა, აინშტაინის ფარდობითობის თეორიას დასცინის. ამ თეორიის მიხედვით, გრავიტაცია მაშინ იჩენს თავს, როცა მასა და ენერგია, დრო-სივრცეს ამრუდებს. სინამდვილეში, კოსმოლოგიური მუდმივაც აინშტაინმა მოიგონა, კონსტანტას სახით ჩაამატა განტოლებებში, რათა აეხსნა, როგორ იცავს სამყარო თავის თავს დაშლისგან, საკუთარი გრავიტაციის ზემოქმედებით, უკან, ისევ ერთ წერტილში თავმოყრისგან (ე.წ. დიდი შეკუმშვა). თუმცა, ამ იდეაზე თვითონვე თქვა უარი, როცა წინა საუკუნის ოციანი წლებიდან ასტრონომებმა აღმოაჩინეს, რომ სამყარო არ არის სტატიკური, ყველა მიმართულებით ფართოვდება, როგორც ჩვეულებრივი აფეთქების დროს ხდება.
მოგვიანებით, გაირკვა, რომ ეს გაფართოება აჩქარებულია და კოსმოლოგიური მუდმივაც ისევ დაბრუნდა (ნობელის პრემია ბნელი ენერგიისგან). კვანტური მექანიკის მიხედვით, თვით ვაკუუმიც ვიბრირებს (ვაკუუმი: ორიგინალური და ყალბი). ფარდობითობის ზოგად თეორიაში ეს პატარა ფლუქტუაციები წარმოქმნის ენერგიას, რომელიც კოსმოლოგიური მუდმივას როლში შეიძლება გამოვიდეს. მიუხედავად ამისა, ყველაფრის გათვალისწინებით, ის გაცილებით ძლიერი უნდა იყოს, რომ სამყაროს განადგურება (ე.წ. დიდი გახლეჩა) მოახერხოს. კოსმოლოგიური მუდმივა არსებობს, მაგრამ რატომ არის ასეთი მოკრძალებული, ფიზიკოსებისთვის გამოცანას წარმოადგენს. სანამ კოსმოლოგიურ მუდმივას შემოიღებდნენ, ფიზიკოსები უბრალოდ ვარაუდობდნენ, რომ რაღაც ჯერ კიდევ უცნობ ეფექტს ნულამდე დაჰყავს ის.
DESI
DESI-ის მაპოზიციონერებელი რობოტების ნაკრები ოპტიკური კაბელებით არის აღჭურვილი. თითოეულ მათგანს ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად მოძრაობა შეუძლია, პროგრამით გათვალისწინებულ ასტრონომიულ ობიექტთა მიმდევრობის მიხედვით. მთლიანობაში, დაკვირვებებში 500 რობოტისგან შემდგარი 10 ასეთი მასივი ჩაერთო.
“ბნელი ენერგიის სპექტროსკოპული ინსტრუმენტი” (DESI), კიტ პიკის ობსერვატორიაში, 4 მეტრიან ტელესკოპზე, სახელად მაიალზა დაყენებული. DESI-ის შიგნით 5000 ოპტიკური ბოჭკოს კაბელია, რომლებიც მინი ტელესკოპების როლში გამოდიან. ეს საშაულებას იძლევა ერთბაშად 5000 გალაქტიკის სინათლე იქნას მიღებული, მათსა და დედამიწას შორის მანძილის დაზუსტებით, რითაც გაირკვევა, რამდენად გაფართოვდა სამყარო, როცა ამ გალაქტიკათა სინათლე ჩვენს პლანეტამდე მოვიდა.
იდეალურ პირობებში, DESI-ს შეუძლია გალაქტიკათა სინათლე 20 წუთის განმავლობაში მიიღოს. რაც უფრო შორს იყურება ის კოსმოსში, მით უფრო შორეულ წარსულს ხედავს. მას 10 მილიარდი სინათლის წლის მანძილზე მდებარე ობიექტების დანახვა შეუძლია, ანუ ისეთების, როგორც 10 მილიარდი წლის წინათ იყო. მსგავსი პროექტები ადრეც განხორციელდა, თუმცა DESI ცის გაცილებით დიდ ფართობს მოიცავს და სამყაროს აჩქარებით გაფართოებას სამჯერ მეტი ზუსტით გაზომავს. წინა კვლევებით შედგენილი სამყაროს რუქიდან DESI-ს სამიზნედ 30 მილიონი გალაქტიკა იქნება არჩეული.
რა შეიძლება გავიგოთ ბნელი ენერგიის შესახებ?
ითვლება, რომ ბნელი ენერგია არის ვაკუუმის წნევა (vacuum pressure), რომელიც სამყაროს სივრცე-დროის ქსოვილის ფლუქტუაციებით წარმოიქმნება, სუბატომურ დონეზე. გამოთვლებით დგინდება, რომ ვაკუუმის წნევას წარმოუდგენლად დიდი რიცხვითი მნიშვნელობა უნდა ჰქონდეს (ერთიანი 120 ნულით), იმ ძალასთან შედარებით, რომელიც ახლა ბნელი ენერგიის სახით სინამდვილეში დაიმზირება. არ არის გამორიცხული, რომ ვაკუუმის წნევა გაცილებით ძლიერი იყო ადრეული სამყაროს ეპოქაში და ახლა დამზერად დონემდე შემცირდა. თუ ეს არ დამტკიცდა და ვაკუუმის წნევა ისევ ისეთია, მაშინ საქმეში რამდენიმე სპეკულაციური თეორია ჩაერთვება:
თუ ჩვენი სამყარო ე.წ. მულტისამყაროს (მრავლობითი სამყაროები) ნაწილია, ეს წნევა სხვებისგან განსხვავებული შეიძლება იყოს და მატერია, მასთან ერთად სიცოცხლეც, მხოლოდ დაბალი ვაკუუმური წნევის პირობებში შეიძლება გაჩნდეს (კოპერნიკის პრინციპი; სამყარო: მრავლობითი თუ მრავალვარიანტიანი?).
გრავიტაციის ახლანდელი თეორია არასრულია. დანარჩენი სამი ფუნდამენტური ძალისგან განსხვავებით, გრავიტაციას არ გააჩნია განმზიდავი ძალა. DESI-ს ამ თეორიის შემოწმება შეუძლია, უპრეცედენტო დეტალურობით, რადგან შორეულ წარსულში ჩაგვახედებს – ასტრონომები გაიგებენ, როგორ მოქმედებდა გრავიტაცია ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში, როცა თითოეულ ნაწილაკს აგროვებდა, პლანეტების, ვარსკვლავებისა და გალაქტიკების ფორმირებისთვის (დიდი აფეთქება – მოწმის მონათხრობი).
მოკლედ შედეგებზე
ჰაბლის მუდმივა, რელიქტურ გამოსხივებაზე დაკვირვებით “პლანკით” მიღებულ მონაცემს თითქმის ემთხვევა: H = 68,40 ± 0,27 კილომეტრი წამაში მეგაპარსეკზე, ანუ ადამ რისის მიერ ზეახლებზე დაკვირვებით მიღებული 73 (კმ/წმ)/მპს. სულ უფრო მეტ იზოლაციაში ექცევა. “ჰაბლის დაძაბულობა” სულ არ ქრება, მაგრამ მხოლოდ ზეახლებზე დაკვირვების მეთოდით ამ სიდიდის დადგენის სიზუსტე სულ უფრო საეჭვო ხდება.
ფარდობითობის ზოგადი თეორია თავის კლასიკურ ვერსიაში უფრო კარგად აღწერს მონაცემებს ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის შესახებ, ვიდრე ისეთი მოდიფიკაციები, როგორიცაა მოდიფიცირებული ნიუტონის დინამიკა MOND. აღარაფერი რომ არ ვთქვათ ასეთი მოდიფიკაციების აბსოლუტურად უსარგებლობაზე ადრეულ სამყაროში შეშფოთებათა (არაერთგავროვნებათა) ზრდის ასახსნელად.
სამი ტიპის ნეიტრინოთა მასების ჯამი 0,071 ევ-ზე ნაკლებია (სიახლე ნეიტრინოების შესახებ).
მთლიანოაბში, ΛCDM მოდელი შეუვალი რჩება.
ვაკუუმი, ველის კვანტურ თეორიაში, საკმაოდ რთული სტრუქტურაა. ის ყველა ველის ნულოვანი რხევებით არის შევსებული, რომლებიც ატარებენ როგორც დადებით (ბოზონებს) ასევე უარყოფით (ფერმიონებს – დირაკის ზღვა) ენერგიას, მათი ჯამი კი ნულის ტოლია. თანამედროვე წარმოდგენებით, ის შეიძლება იყოს ნებისმიერი სიდიდის, პლიუსიდან, მინუს პლანკის სიმკვრივემდე. ბნელი ენერგიის სიმკვრივეა 10-8 ერგ/სმ³, ანუ მასის ერთეულებში – გრამი ნეპტუნის მოცულობაში (ძალიან მცირე). თუ ბნელი ენერგიის სიმკვრივე თეორიულ-ველური ვაკუუმის სიმკვრივეა, მაშინ გაუგებარია, როგორ გახდა ის ასეთი მცირე, მაგრამ არა ნულოვანი. აქ ანთროპულ პრინციპსაც კი მოიშველებენ ხოლმე: ქაოტურად დაბადებული 10120 რაოდენობით სამყაროდან, ერთში, შემთხვევით ისეთი დაბალი სიმკვრივე გაჩნდა, რომ მასში სიცოცხლე გახდა შესაძლებელი, ხოლო სხვებში ეს ვერ მოხდებოდა. და აი ირკვევა, რომ ეს არა ვაკუუმის, არამედ ფიზიკური ველის ენერგიაა, რომელიც ამ ვაკუუმშია “ჩასხმული”. თვითონ ვაკუუმს კი მართლაც ნულოვანი ენერგია შეიძლება ჰქონდეს. ასე, სამყარო უფრო საინტერესო ხდება, მისი ბედი ისეთი უინტერესო არ არის, როგორც მუდმივი აჩქარებით გაფართოების შემთხვევაში.
ეს ყველაფერი შეიძლება ასე გამოიყურებოდეს. ბნელი ენერგია ნელ-ნელა სუსტდება. ნელა იმიტომ, რომ ასეთი ველის განტოლებაში გვაქვს ჰაბლის მუდმივის პროპორციული ხახუნის ტიპის წევრი. როდესაც ველი სუსტდება, ჰაბლის მუდმივა მცირდება, ხახუნი სუსტდება და ველი ქაღალდის გრაგნილივით სწრაფად იხვევა, მისი რხევები ნაწილაკებად გარდაიქმნება. ეს ხდებოდა პირველი ინფლაციის დროსაც, რომელმაც ჩვენი სამყარო შექმნა, დაახლოებით იგივე განმეორდება, ბნელი ენერგია რაღაც ნაწილაკებად გადაიქცევა, ეს იქნება ახალი “დიდი აფეთქება”, გაცილებით დაბალი ტემპერატურითა და სიმკვრივით.
რა ნაწილაკებად “ამოიწვება” ბნელი ენერგია? უინტერესოა მისი გადაქცევა ფოტონებად, მაგრამ თუ დაბალი ენერგიის მასშტაბით არის ნაწილაკების ახალი იერარქია – წარმოიქმნება ახალი სამყარო. ამავდროულად, ჩვენს სამყაროს არაფერი დაემართება – პრინციპში, ცილებისგან შექმნილ არსებებს მასში კიდევ ტრილიონი წელი არსებობა შეეძლებათ. ამას, რა თქმა უნდა, “სპეკულაცია” ეწოდება, მაგრამ ნებისმიერ შემთხვევაში, სამყარო ასე უფრო საინტერესოდ გამოიყურება (desi.lbl.gov).