Hatalmas kozmológiai rejtélyt oldhatnak meg a féreglyukak

A mikroszkopikus féreglyukak hajthatják az univerzum felgyorsult tágulását, mondják a tudósok. Ezek az apró féreglyukak folyamatosan születn...

A mikroszkopikus féreglyukak hajthatják az univerzum felgyorsult tágulását, mondják a tudósok. Ezek az apró féreglyukak folyamatosan születnek az űr vákuumából a finom kvantumhatások miatt.

Ha kísérletekkel és megfigyelésekkel megerősítik, a féreglyukak értékes információforrássá válhatnak a kvantumgravitációról - az univerzum alapvető erőinek elméleti egyesítéséről, amelyet gyakran az elméleti fizika szent gráljának tekintenek.

Számos csillagászati megfigyelés azt mutatja, hogy univerzumunk egyre növekvő ütemben tágul. Einstein általános relativitáselmélete azonban azt állítja, hogy ha az univerzum csak az általunk ismert részecskéket és sugárzást tartalmazza, akkor a tér szövetének ilyen viselkedése lehetetlen.

Annak érdekében, hogy összeegyeztessék az univerzum tágulásának megfigyeléseit ezzel az elmélettel, a tudósok azt sugallták, hogy az űr tele van egy rejtélyes entitással, amelyet nem lehet kimutatni földi vagy űralapú kísérletekben.

Ez a titokzatos anyag, amelyet sötét energiának neveznek, nagyon gyengén kölcsönhatásba lép más típusú anyagokkal és mezőkkel, így jelenleg nincs megbízható információ annak szerkezetéről vagy eredetéről.

A Physical Review D folyóiratban április 5-én megjelent tanulmányban a kutatók merész új jelöltet javasoltak a sötét energiára: szubatomi méretű féreglyukakat - vagy apró alagutakat, amelyek összekötik az űr különböző pontjait. (1)

A szerzők szerint ezek a féreglyukak folyamatosan születnek és megsemmisülnek az űr vákuumában a kvantumhatások miatt. Ez hasonló ahhoz, ahogyan a részecskék a fekete lyukak eseményhorizontja közelében keletkeznek, ami Hawking-sugárzáshoz vezet; vagy hogyan generál elektron-pozitron párokat egy erős elektromos mező - ezt a jelenséget Schwinger-hatásnak nevezik.

Ezeknek a féreglyukaknak a létrejötte azonban némileg eltér a többi jelenségtől, mivel matematikai leírásuk megköveteli a gravitációs kvantumhatások figyelembevételét - ez a feladat sokkal bonyolultabb és kevésbé ismert.

A kvantumgravitációs jelenségek kiszámításának nehézségei megakadályozták a szerzőket abban, hogy pontosan levezessék a féreglyukak születési arányát. Az euklideszi kvantumgravitáció néven ismert megközelítést alkalmazva azonban kimutatták, hogy ha körülbelül 10 milliárd féreglyuk jön létre spontán köbcentiméterenként másodpercenként, az általuk generált energia elegendő lenne ahhoz, hogy megmagyarázza az univerzum tágulásának jelenleg megfigyelt sebességét.

"Bár eredményünket az euklideszi kvantumgravitáció alapján származtattuk... valószínű, hogy módosításunk más kvantumgravitációs elméletekre is érvényes lehet," - mondta Stylianos Tsilioukas, a tanulmány társszerzője, a Thesszáliai Egyetem és az Athéni Nemzeti Obszervatórium doktorandusza.

Sőt, a csapat elemzése azt mutatta, hogy a sötét energia modelljük megfigyelésileg még jobb, mint a legszélesebb körben elfogadott elmélet, az úgynevezett Standard Kozmológiai Modell, amely azt állítja, hogy a sötét energia időfüggetlen energiasűrűséggel rendelkezik.

"Javaslatunk szerint a sötét energia változhat az idő múlásával," - mondta Tsilioukas. "Ez nagy előny, mert a legújabb megfigyelések azt sugallják, hogy az univerzum tágulási sebessége az utóbbi időben más, mint a korai univerzumban volt."

Mindazonáltal, nem számít mennyire sikeres a kutatók modellje a sötét energia általános tulajdonságainak magyarázatában, bármely fizikai elmélet érvényességét kísérleti adatokkal kell tesztelni. És egyelőre az elmélet tesztelhetetlen marad.

A jövőben az űrkísérletek és megfigyelések egyre növekvő pontossága lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy részletesebben kikövetkeztessék az univerzum tágulási sebességét, valamint mérjék a sötét energia egyéb megfigyelhető megnyilvánulásait. Ez lehetővé teheti a kutatók számára, hogy teszteljék, vajon a sötét energia újonnan javasolt modellje helyes-e.

Időközben a szerzők elméleti elemzésük továbbfejlesztését tervezik. "Jelenleg egy olyan modellen dolgozunk, amely kiszámítja a féreglyukak kialakulásának sebességét," - mondta Tsilioukas. "A kutatás ígéretesnek tűnik, és reméljük, hogy hamarosan közzétehetjük az eredményeket." (2)

(1) - https://journals.aps.org/prd/abstract/10.110
(2) - https://www.livescience.com/physics-math