Dalam beberapa dekade terakhir, para ilmuwan telah menemukan bahwa ada lebih banyak hal di alam semesta daripada yang terlihat: Kosmos tampaknya dipenuhi tidak hanya dengan satu, tetapi dua konstituen yang tak terlihat - materi gelap dan energi gelap - yang keberadaannya telah diusulkan. semata-mata didasarkan pada efek gravitasi pada materi dan energi biasa.
Sekarang, fisikawan teoretis Robert J. Scherrer telah membuat model yang dapat memotong setengah misteri dengan menjelaskan materi gelap dan energi gelap sebagai dua aspek dari satu kekuatan yang tidak diketahui. Modelnya dideskripsikan dalam sebuah makalah berjudul "Purely Kinetic k Essence as Unified Dark Matter" yang diterbitkan secara online oleh Physical Review Letters pada 30 Juni dan tersedia online di http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402316.
"Salah satu cara untuk memikirkan hal ini adalah bahwa alam semesta dipenuhi dengan cairan tak terlihat yang memberikan tekanan pada materi biasa dan mengubah cara alam semesta mengembang," kata Scherrer, seorang profesor fisika di Universitas Vanderbilt.
Menurut Scherrer, modelnya sangat sederhana dan menghindari masalah besar yang menjadi ciri upaya sebelumnya untuk menyatukan materi gelap dan energi gelap.
Pada 1970-an, ahli astrofisika mendalilkan keberadaan partikel tak terlihat yang disebut materi gelap untuk menjelaskan pergerakan galaksi. Berdasarkan pengamatan ini, mereka memperkirakan bahwa pasti ada sekitar 10 kali lebih banyak materi gelap di alam semesta daripada materi biasa. Satu penjelasan yang mungkin untuk materi gelap adalah bahwa ia terdiri dari jenis partikel baru (dijuluki Weakly Interacting Massive Particles, atau WIMPs) yang tidak memancarkan cahaya dan hampir tidak berinteraksi dengan materi biasa. Sejumlah percobaan sedang mencari bukti dari partikel-partikel ini.
Seolah-olah itu tidak cukup, pada 1990-an datanglah energi gelap, yang menghasilkan kekuatan menjijikkan yang tampaknya membuat bumi terpisah. Para ilmuwan menggunakan energi gelap untuk menjelaskan penemuan mengejutkan bahwa laju di mana alam semesta berkembang tidak melambat, seperti yang dipikirkan oleh sebagian besar kosmolog, tetapi malah dipercepat. Menurut perkiraan terbaru, energi gelap membentuk 75 persen dari alam semesta dan materi gelap menyumbang 23 persen, menyisakan materi biasa dan energi dengan peran minoritas yang jelas hanya 2 persen.
Ide pemersatu Scherrer adalah bentuk energi eksotis dengan sifat-sifat yang terdefinisi dengan baik tetapi rumit yang disebut bidang skalar. Dalam konteks ini, medan adalah kuantitas fisik yang memiliki energi dan tekanan yang tersebar ke seluruh ruang. Ahli kosmologi pertama kali menggunakan bidang skalar untuk menjelaskan inflasi kosmik, periode tak lama setelah Big Bang ketika alam semesta tampaknya telah mengalami episode hiper-ekspansi, menggembungkan miliaran demi miliaran kali dalam waktu kurang dari satu detik.
Secara khusus, Scherrer menggunakan bidang skalar generasi kedua, yang dikenal sebagai esensi k, dalam modelnya. Bidang-bidang K-esensi telah dikemukakan oleh Paul Steinhardt di Universitas Princeton dan yang lainnya sebagai penjelasan untuk energi gelap, tetapi Scherrer adalah yang pertama menunjukkan bahwa satu jenis bidang-k-esensi yang sederhana juga dapat menghasilkan efek yang dikaitkan dengan materi gelap.
Para ilmuwan membedakan antara materi gelap dan energi gelap karena mereka tampaknya berperilaku berbeda. Materi gelap tampaknya memiliki massa dan membentuk gumpalan raksasa. Faktanya, kosmolog menghitung bahwa tarikan gravitasi rumpun-rumpun ini memainkan peran kunci dalam menyebabkan materi biasa membentuk galaksi. Sebaliknya, energi gelap tampak tanpa massa dan menyebar secara seragam ke seluruh ruang di mana ia bertindak sebagai semacam anti-gravitasi, suatu daya tolak yang mendorong alam semesta terpisah.
Kolom K-esensi dapat mengubah perilaku mereka dari waktu ke waktu. Ketika menyelidiki jenis yang sangat sederhana dari bidang k-esensi-di mana energi potensial adalah konstan-Scherrer menemukan bahwa ketika medan berevolusi, ia melewati fase di mana ia dapat menggumpal dan meniru efek partikel tak terlihat diikuti oleh fase ketika itu menyebar secara seragam di seluruh ruang dan mengambil karakteristik energi gelap.
"Model ini secara alami berevolusi menjadi keadaan di mana ia tampak seperti materi gelap untuk sementara waktu dan kemudian tampak seperti energi gelap," kata Scherrer. "Ketika saya menyadari ini, saya berpikir, 'Ini menarik, mari kita lihat apa yang bisa kita lakukan dengannya.'"
Ketika ia memeriksa model itu lebih terinci, Scherrer menemukan bahwa ia menghindari banyak masalah yang telah menghantui teori-teori sebelumnya yang berupaya menyatukan materi gelap dan energi gelap.
Model awal untuk energi gelap dibuat dengan memodifikasi teori relativitas umum untuk memasukkan istilah yang disebut konstanta kosmologis. Ini adalah istilah yang Einstein awalnya termasuk untuk menyeimbangkan kekuatan gravitasi untuk membentuk alam semesta yang statis. Tapi dia dengan riang menjatuhkan konstanta ketika pengamatan astronomi menemukan bahwa itu tidak diperlukan. Model-model terbaru yang memperkenalkan kembali konstanta kosmologis melakukan pekerjaan yang baik untuk mereproduksi efek energi gelap tetapi tidak menjelaskan materi gelap.
Salah satu upaya untuk menyatukan materi gelap dan energi gelap, yang disebut model gas Chaplygin, didasarkan pada karya fisikawan Rusia pada 1930-an. Ini menghasilkan tahap awal seperti materi gelap diikuti oleh evolusi seperti energi gelap, tetapi memiliki kesulitan menjelaskan proses pembentukan galaksi.
Formulasi Scherrer memiliki beberapa kesamaan dengan teori terpadu yang diajukan awal tahun ini oleh Nima Arkani-Hamed di Universitas Harvard dan rekan-rekannya, yang berusaha menjelaskan materi gelap dan energi gelap yang timbul dari perilaku cairan tak terlihat dan di mana-mana yang mereka sebut “ kondensat hantu. "
Meskipun model Scherrer memiliki sejumlah fitur positif, model ini juga memiliki beberapa kelemahan. Untuk satu hal, itu membutuhkan beberapa "fine-tuning" yang ekstrim untuk bisa bekerja. Fisikawan juga memperingatkan bahwa studi lebih lanjut akan diperlukan untuk menentukan apakah perilaku model konsisten dengan pengamatan lain. Selain itu, ia tidak dapat menjawab masalah kebetulan: Mengapa kita hidup pada satu-satunya waktu dalam sejarah alam semesta ketika kepadatan yang dihitung untuk materi gelap dan energi gelap sebanding. Para ilmuwan curiga terhadap hal ini karena ini menunjukkan bahwa ada sesuatu yang istimewa tentang era sekarang.
Sumber Asli: Rilis Berita Universitas Vanderbilt
