W najnowszym artykule naukowym opublikowanym na serwerze preprintów arXiv możemy bowiem przeczytać, że przyspieszenie tempa rozszerzania się wszechświata — może wynikać z kwantowej struktury czasoprzestrzeni opisanej już jakiś czas temu przez teorię strun. Co więcej, wstępne badania wskazują, że wychodząc z teorii strun można ustalić tempo ekspansji wszechświata zaskakująco zgodne z obserwacjami opublikowanymi ostatnio przez naukowców z projektu DESI.
Według autorów najnowszego opracowania czasoprzestrzeń wbrew pozorom na najbardziej mikroskopijnym poziomie nie jest gładką, ciągłą strukturą, a zaczyna zachowywać się w kwantowy sposób. W tym kontekście współrzędne przestrzeni i czasu są „nieprzemienne” — co oznacza, że kolejność, w jakiej pojawiają się w obliczeniach matematycznych, zmienia wynik. Zasada ta odzwierciedla zachowanie obserwowane w mechanice kwantowej, takie jak związek między położeniem cząstki a jej prędkością.
Czytaj także: Supercienkie struny kosmiczne przecinają cały wszechświat. Jest sposób, aby je wykryć
Jednym z zaskakujących skutków takiej natury czasoprzestrzeni jest to, że kwantowe zachowania powodują przyspieszanie tempa rozszerzania się wszechświata. Mało tego, model bazujący na teorii strun przewiduje, że przyspieszenie powinno słabnąć w czasie. Zaskakująco na dokładnie takie zachowanie wszechświata wskazują najnowsze dane zebrane za pomocą instrumentu Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Co ważne, to właśnie te obserwacje podważyły zaledwie kilka tygodni temu powszechnie przyjmowany pogląd, że gęstość ciemnej energii we wszechświecie jest stała, zgodnie z przewidywaniami Modelu Standardowego.
To istotna zmiana sytuacji, która trwa od 1998 roku, kiedy to naukowcy ze zdumieniem odkryli, że rozszerzanie się wszechświata przyspiesza, zamiast zwalniać pod wpływem grawitacji. To właśnie wtedy pojawiła się koncepcja ciemnej energii, jako tajemniczej siły, która przyspiesza tempo rozszerzania się wszechświata.
Najnowsze obserwacje wykonane w ramach projektu DESI mocno skomplikowały sytuację, bowiem wykazały, że wpływ ciemnej energii na wszechświat nie jest stały i maleje z czasem. Takie wyniki obserwacji przeczą podejrzeniom, że ciemna energia wynika z energii próżni. Pojawiła się zatem konieczność zbadania innych teorii objaśniających zachowanie wszechświata.
Tutaj pojawiła się już trochę zakurzona teoria strun. W przeciwieństwie do Modelu Standardowego, który traktuje cząstki jako zero-wymiarowe punkty, teoria strun opisuje je jako jednowymiarowe drgające struny. To one, w zależności od trybów drgań, mogą reprezentować różne cząstki, w tym także takie hipotetyczne twory jak grawiton, który miałby być kwantowym nośnikiem grawitacji.
Autorzy opisywanego tu opracowania zastosowali struny do opisu kwantowej struktury czasoprzestrzeni i stworzyli zupełnie nowy model. Obliczenia przeprowadzone na tak przygotowanym zestawie danych wskazały na wartość ciemnej energii, która zdaje się odpowiadać danym obserwacyjnym, ale, co szczególnie ciekawe, także przewidują spadek tempa przyspieszania ekspansji wszechświata, dokładnie taki, jaki zaobserwował instrument DESI.
Czytaj także: Istniejemy dzięki fizyce kwantowej
Jak na razie teoria przedstawia przekonujące wyjaśnienie ciemnej energii i drogę do walidacji teorii strun, ale wciąż pozostaje niepotwierdzona. Naukowcy opracowali już kilka potencjalnych testów eksperymentalnych, które mogłyby potwierdzić, czy model faktycznie opisuje rzeczywistość, czy też jedynie jest zbiegiem okoliczności. Cieszyć może to, że naukowcy zakładają, iż realizacja tych testów będzie możliwa nie w odległej przyszłości, a w ciągu najbliższych trzech, czterech lat.
Wychodzi zatem na to, że możemy znajdować się o krok od zrozumienia zachowania wszechświata, dzięki teorii, która jakiś czas temu zniknęła z pierwszych stron gazet i wydawało się, że została odłożona na półkę. Kto wie, być może już za kilka lat struny będziemy uznawać za podstawowe składniki nas samych i otaczającej nas rzeczywistości. Jedno jest pewne: naukowcy jeszcze bardzo długo będą mieli mnóstwo do roboty.