Forskning finder, at et populært alternativ til Albert Einsteins teori for acceleration af udvidelsen af universet ikke passer nyligt opnåede data.
Forskning fra University of Arizona astronomiprofessor Rodger Thompson finder ud af, at et populært alternativ til Albert Einsteins teori til acceleration af udvidelsen af universet ikke passer til nyindhentede data om en grundlæggende konstant, proton til elektronmasse-forholdet.
Thompsons fund, rapporteret 9. januar på American Astronomical Society-mødet i Long Beach, Californien, påvirker vores forståelse af universet og peger på en ny retning for den videre undersøgelse af dets accelererende ekspansion.
For at forklare accelerationen i udvidelsen af universet har astrofysikere påkaldt mørk energi - en hypotetisk form for energi, der gennemsyrer hele rummet. En populær teori om mørk energi passer imidlertid ikke til nye resultater på værdien af protonmassen divideret med elektronmassen i det tidlige univers.
Den accelererende ekspansion af galakserne, der er observeret i Hubble Ultra Deep Field, kan måske svare mere til Albert Einsteins "kosmologiske konstant" end en populær alternativ teori om mørk energi. Billedkredit: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee og P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden Universitet; og HUDF09-teamet
Thompson beregnet den forudsagte ændring i forholdet efter den mørke energiteori (generelt omtalt som rullende skalarfelter) og fandt, at den ikke stemte overens med de nye data.
UA-alumnen Brian Schmidt vandt sammen med Saul Perlmutter og Adam Reiss 2011 Nobelprisen i fysik for at vise, at universets udvidelse fremskynder snarere end at aftage som tidligere antaget.
Accelerationen kan forklares ved at genindføre den "kosmologiske konstant" i Einsteins teori om generel relativitet. Einstein introducerede oprindeligt udtrykket for at få universet til at stå stille. Da det senere blev fundet, at universet ekspanderede, kaldte Einstein den kosmologiske konstant "hans største bommert."
Konstanten blev genindført med en anden værdi, der producerer den observerede acceleration af universets ekspansion. Fysikere, der prøver at beregne værdien fra kendt fysik, får imidlertid et tal mere end 10 til kraften 60 (et efterfulgt af 60 nuller) for stort - et virkelig astronomisk tal.
Det var da fysikere henvendte sig til nye teorier om mørk energi for at forklare accelerationen.
I sin undersøgelse satte Thompson den mest populære af disse teorier på prøve og målrettede værdien af en grundlæggende konstant (ikke at forveksle med den kosmologiske konstant), protonens masse divideret med elektronens masse. En grundlæggende konstant er et rent tal uden enheder såsom masse eller længde. Værdierne for de grundlæggende konstanter bestemmer fysikens love. Skift nummeret, og fysikloverne ændres. Skift de grundlæggende konstanter med en stor mængde, og universet bliver meget anderledes end det, vi observerer.
Den nye fysikmodel for mørk energi, som Thompson testede forudsiger, at de grundlæggende konstanter vil ændre sig med en lille mængde. Thompson identificerede en metode til måling af forholdet mellem proton og elektronmasse i det tidlige univers for flere år siden, men det er først for nylig, at astronomiske instrumenter blev kraftige nok til at måle effekten. For nylig bestemte han det nøjagtige ændringsmængde, som mange af de nye teorier forudsiger.
Sidste måned foretog en gruppe europæiske astronomer ved hjælp af et massivt radioteleskop i Tyskland den mest nøjagtige måling af proton-til-elektronmasseforholdet nogensinde er opnået og fandt, at der ikke var sket nogen ændring i forholdet til en del af 10 millioner på et tidspunkt, hvor universet var omkring halvdelen af sin nuværende alder, for ca. 7 milliarder år siden.
Da Thompson satte denne nye måling i sine beregninger, fandt han, at den udelukkede næsten alle de mørke energimodeller ved hjælp af de almindeligt forventede værdier eller parametre. Hvis parameterrummet eller rækkeværdien af værdier sidestilles med en fodboldbane, er næsten hele banen uden for grænserne bortset fra en enkelt 2-tommer-2-tommer patch i et hjørne af feltet. Faktisk er de fleste af de tilladte værdier ikke engang på marken.
”I virkeligheden har de mørke energiteorier spillet på det forkerte felt,” sagde Thompson. "Den 2-tommers firkant indeholder det område, der ikke svarer til nogen ændring i de grundlæggende konstanter, og det er præcis, hvor Einstein står."
Thompson forventer, at fysikere og astronomer, der studerer kosmologi, vil tilpasse sig det nye felt, men foreløbig er "Einstein i catbird-sædet og venter på, at alle andre kan indhente."
Via University of Arizona