Kosmolodzy z uniwersytetu Princeton znaleźli nowy sposób na zrozumienie, dlaczego ekspansja Wszechświata przyspiesza. Proponowana technika pozwoli stwierdzić, czy za kosmiczne przyspieszenie odpowiada nieznana forma ciemnej energii czy też istnieje sprzeczność z ogólną teorią względności Einsteina dla bardzo wielkich skali we Wszechświecie.

Dr Mustapha Ishak-Boushaki, naukowiec z uniwersytetu Princeton w New Jersey, przedstawił wyniki badań na spotkaniu Kanadyjskiego Towarzystwa Astronomicznego w Montrealu. „ Przyspieszająca ekspansja Wszechświata stanowi jeden z najbardziej intrygujących i najtrudniejszych problemów w astrofizyce. Ponadto jest on związany z problemami w wileu innych dziedzinach fizyki. Nasze prace są skupione na różnych przyczynach tego przyspieszenia ” – mówi dr Ishak Boushaki

Na przestrzeni ostatnich 8 lat kilka niezależnych obserwacji astronomicznych dowiodło, że ekspansja Wszechświata weszła w etap przyspieszania. Odkrycie to zaskoczyło wielu astrofizyków, którzy spodziewali się spowolnienia ekspansji spowodowanego przez oddziaływania grawitacyjne we Wszechświecie.

W związku z wyjaśnieniem przyspieszenia, teoretycy wprowadzili pojęcie nowej energii, która stanowiłaby dwie trzecie całej energii Wszechświata i powodowała odpychanie, zamiast przyciągania. Została ona nazwana ciemną energią.

Czy ciemna energia istnieje? „Nie wiemy” – komentuje profesor David Spergel z Princeton. – „To może być zupełnie inna forma energii albo znak, że ogólna teoria względności Einsteina zawodzi. W każdym razie, jej istnienie znacznie zmieni nasze postrzeganie czasu i przestrzeni. Zależy nam, aby rozróżnić te dwa przypadki„.

Najprostszy przykład ciemnej energii to stała kosmologiczna, którą Einstein wprowadził 80 lat temu, aby pogodzić swoją ogólną teorię względności z założeniem, że Wszechświat jest statyczny. Kilka lat później musiał jednak ją wycofać, kiedy została odkryta ekspansja Wszechświata. Odkrycie kosmicznego przyspieszenia przywróciło dyskusje o stałej w nowym jej znaczeniu.

Inna możliwość to to, że odkrycie kosmicznego przyspieszenia da początek nowej teorii grawitacji, która opisywałaby bardzo wielkie skale Wszechświata lepiej niż teoria ciemnej energii. Inne proponowane modele grawitacyjne są oparte na teorii strun i przestrzeni wielowymiarowych.

Czy możemy rozróżnić te dwie teorie? Proponowana metoda pokazuje, że tak: jeżeli przyspieszenie jest spowodowane ciemną energią, wtedy hisotria ekspansji Wszechświata powinna być zgodna z tempem, z jakim rosną gromady galaktyk. Niezgodności byłyby znakiem załamywania się ogólnej teorii względności na bardzo wielkich skalach Wszechświata. Proponowana metoda polega na porównaniu danych uzyskanych na temat ciemnej przy pomocy różnych kosmologicznych obserwacji, co pozwoli wykryć ewentualne niezgodności.

Przykładowo brany był pod uwagę pięciowymiarowy Wszechświat opisany przez zmodyfikowaną teorię grawitacji i udowodniono, że proponowaną metodą można wyróżnić tą teorię. Dopiero za pomocą przyszłych eksperymentów będzie można rozróżnić zmodyfikowaną teorię grawitacji od teorii ciemnej energii.