ความลึกลับของพลังงานมืดการขยายตัวของเอกภพ

Timm Wrase แห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเวียนนาได้ตระหนักถึงบางสิ่งที่แปลกประหลาดเกี่ยวกับการคาดเดานี้อย่างรวดเร็ว: ดูเหมือนว่าจะไม่สอดคล้องกับการมีอยู่ของอนุภาคฮิกส์ การคำนวณของเขาซึ่งเขาดำเนินการร่วมกับนักทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียในนิวยอร์กและมหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์ก ได้รับการตีพิมพ์ในการตรวจสอบทางกายภาพแล้ว ในขณะนี้ มีการถกเถียงกันอย่างเผ็ดร้อนเกี่ยวกับสตริงและพลังงานมืดทั่วโลก Wrase หวังว่าสิ่งนี้จะนำไปสู่ความก้าวหน้าครั้งใหม่ในสายการวิจัยนี้ ทฤษฎีสำหรับทุกสิ่ง ความหวังที่ยิ่งใหญ่อยู่ในทฤษฎีสตริง มันควรจะอธิบายว่าแรงโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ควอนตัมอย่างไร และเราจะเข้าใจกฎของธรรมชาติได้อย่างไร ซึ่งอธิบายถึงโลกทางกายภาพทั้งหมด ตั้งแต่อนุภาคที่เล็กที่สุดไปจนถึงโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดของจักรวาล บ่อยครั้ง ทฤษฎีสตริงถูกกล่าวหาว่าให้ผลลัพธ์ทางคณิตศาสตร์ที่เป็นนามธรรมเท่านั้น และทำการคาดคะเนน้อยเกินไปที่สามารถตรวจสอบได้จริงในการทดลอง อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ ชุมชนทฤษฎีสตริงทั่วโลกกำลังถกกันเกี่ยวกับคำถามที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการทดลองเกี่ยวกับจักรวาลที่วัดการขยายตัวของเอกภพ ในปี 2011 รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ได้รับรางวัลสำหรับการค้นพบว่าเอกภพไม่เพียงแต่ขยายใหญ่ขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่การขยายตัวนี้กำลังเร่งขึ้นจริงๆ ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้โดยการสันนิษฐานว่า "พลังงานมืด" เพิ่มเติมซึ่งไม่รู้จักมาก่อนเท่านั้น เดิมทีแนวคิดนี้มาจากอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ซึ่งเพิ่มสิ่งนี้เป็น "ค่าคงที่จักรวาลวิทยา" ให้กับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา ไอน์สไตน์ทำสิ่งนี้เพื่อสร้างจักรวาลที่ไม่ขยายตัว เมื่อฮับเบิลค้นพบในปี 1929 ว่าแท้จริงแล้วเอกภพกำลังขยายตัว ไอน์สไตน์อธิบายว่าการดัดแปลงสมการของเขานี้เป็นความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่สุดในชีวิตของเขา แต่ด้วยการค้นพบการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพ ค่าคงตัวของเอกภพจึงถูกนำมาใช้ใหม่ในฐานะพลังงานมืดในแบบจำลองมาตรฐานของจักรวาลวิทยาในปัจจุบัน เหมือนแอปเปิ้ลในชามผลไม้ Timm Wrase จาก Institute for Theoretical Physics แห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเวียนนากล่าวว่า "เป็นเวลานานแล้วที่เราคิดว่าพลังงานมืดดังกล่าวสามารถเข้ากันได้ดีในทฤษฎีสตริง" ทฤษฎีสตริงสันนิษฐานว่ามีอนุภาคเพิ่มเติมที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ซึ่งสามารถอธิบายเป็นฟิลด์ได้ ทุ่งเหล่านี้มีพลังงานน้อยที่สุด เหมือนกับแอปเปิ้ลที่วางอยู่ในชาม มันจะอยู่ที่ด้านล่างสุดเสมอที่จุดต่ำสุดของชาม ที่อื่นพลังงานจะสูงกว่านี้ ถ้าเราต้องการเปลี่ยน เราต้องออกแรง แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าแอปเปิ้ลที่จุดต่ำสุดจะไม่มีพลังงานเลย เราสามารถวางชามที่มีแอปเปิ้ลไว้บนพื้นหรือบนโต๊ะ -- ที่นั่นแอปเปิ้ลมีพลังงานมากกว่าแต่มันก็ยังเคลื่อนที่ไม่ได้ เพราะมันยังอยู่ในสถานะที่มีพลังงานน้อยที่สุดในชามของมัน "ในทฤษฎีสตริง มีสนามที่สามารถอธิบาย พลังงานมืด ในลักษณะเดียวกันได้ ในพื้นที่ พวกมันอยู่ในสภาพพลังงานน้อยที่สุด แต่พลังงานของพวกมันก็ยังมีค่ามากกว่าศูนย์" Timm Wrase อธิบาย "ดังนั้นสนามเหล่านี้จะให้สิ่งที่เรียกว่าพลังงานมืด ซึ่งเราสามารถอธิบายการขยายตัวที่เร่งขึ้นของเอกภพได้" แต่คัมรัน วาฟา จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด หนึ่งในนักทฤษฎีสตริงที่มีชื่อเสียงที่สุดในโลก ตีพิมพ์บทความเมื่อวันที่ 25 มิถุนายน ทำให้หลายคนเลิกคิ้ว เขาเสนอว่าสนามพลังบวก "รูปชาม" ดังกล่าวไม่สามารถทำได้ในทฤษฎีสตริง สนามฮิกส์ -- ความขัดแย้ง Timm Wrase แห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเวียนนาได้ตระหนักอย่างรวดเร็วถึงความหมายของคำกล่าวอ้างนี้: "หากเป็นเช่นนั้นจริง การขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพอย่างที่เราจินตนาการไว้นั้นเป็นไปไม่ได้" เขากล่าว "การขยายตัวที่เร่งขึ้นนั้นจะต้องอธิบายด้วยสนามที่มีคุณสมบัติค่อนข้างต่างกัน เช่น ระนาบเอียงที่ลูกบอลกลิ้งลงเนิน สูญเสียพลังงานที่อาจเกิดขึ้น" แต่ในกรณีนั้น ปริมาณของ "พลังงานมืด" ในเอกภพจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา และการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพอาจหยุดลงในวันหนึ่ง จากนั้นแรงโน้มถ่วงสามารถดึงสสารทั้งหมดกลับมารวมกันและรวมทุกอย่างเข้าด้วยกัน ณ จุดหนึ่ง คล้ายกับเวลาของบิกแบง แต่ Timm Wrase ซึ่งได้จัดการกับคำถามที่คล้ายกันในวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขาแล้ว พบว่าแนวคิดนี้ไม่สามารถเป็นความจริงทั้งหมดได้เช่นกัน "การคาดเดาของคัมรัน วาฟา ซึ่งห้ามฟิลด์บางประเภท จะห้ามสิ่งที่เรารู้อยู่แล้วว่ามีอยู่ด้วย" เขาอธิบาย Wrase สามารถแสดงให้เห็นว่าฟิลด์ฮิกส์ก็มีคุณสมบัติที่ไม่ควรถูกห้ามโดยการคาดเดาของวาฟาเช่นกัน และฟิลด์ฮิกส์ก็ถือเป็นข้อเท็จจริงที่ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลอง สำหรับการค้นพบนี้ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2556 Wrase อัปโหลดผลลัพธ์ของเขาไปยังเว็บไซต์เตรียมพิมพ์ Arxiv ซึ่งจุดประกายการอภิปรายมากมายอย่างรวดเร็วในชุมชนทฤษฎีสตริง ขณะนี้ผลงานได้รับ การตรวจสอบโดยเพื่อนและตีพิมพ์ในวารสารPhysical Review "ความขัดแย้งนี้เป็นสิ่งที่ดีสำหรับทฤษฎีสตริง" Timm Wrase เชื่อมั่น "ทันใดนั้น ผู้คนจำนวนมากมีความคิดใหม่ๆ ที่ไม่เคยมีใครคิดมาก่อน" Wrase และทีมของเขากำลังตรวจสอบว่าฟิลด์ใดได้รับอนุญาตในทฤษฎีสตริง และจุดใดที่ละเมิดการคาดเดาของ Vafa "บางทีนั่นอาจนำเราไปสู่ข้อมูลเชิงลึกใหม่ที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับธรรมชาติของพลังงานมืด ซึ่งน่าจะเป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่" Wrase กล่าว สมมติฐานที่เกิดขึ้น (อย่างน้อยในบางส่วน) จะถูกทดสอบในไม่ช้า ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า การขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพจะได้รับการตรวจวัดอย่างแม่นยำมากขึ้นกว่าเดิม