Para astronom di seluruh dunia sedikit kebingungan karena mereka tampaknya tidak setuju tentang seberapa cepat alam semesta berkembang.
Sejak alam semesta kita muncul dari ledakan setitik kecil kerapatan dan gravitasi tak terbatas, ia telah menggelembung, dan juga tidak pada kecepatan yang stabil - perluasan alam semesta terus semakin cepat.
Tapi seberapa cepat itu berkembang untuk debat yang memusingkan. Pengukuran tingkat ekspansi ini dari sumber terdekat tampaknya bertentangan dengan pengukuran yang sama yang diambil dari sumber jauh. Satu penjelasan yang mungkin adalah bahwa, pada dasarnya, sesuatu yang funky sedang terjadi di alam semesta, mengubah laju ekspansi.
Dan satu ahli teori telah mengusulkan bahwa partikel baru telah muncul dan mengubah nasib masa depan seluruh kosmos kita.
Hubble, Hubble, kerja keras dan masalah
Para astronom telah menemukan beberapa cara pintar untuk mengukur apa yang mereka sebut sebagai parameter Hubble, atau konstanta Hubble (dilambangkan untuk orang-orang dengan kehidupan sibuk sebagai H0). Angka ini mewakili tingkat ekspansi alam semesta saat ini.
Salah satu cara untuk mengukur tingkat ekspansi hari ini adalah dengan melihat supernova terdekat, ledakan gas dan debu yang diluncurkan dari bintang-bintang terbesar di alam semesta setelah kematian mereka. Ada jenis supernova tertentu yang memiliki kecerahan yang sangat spesifik, sehingga kita dapat membandingkan seberapa terang mereka dengan seberapa terang kita tahu seharusnya dan menghitung jaraknya. Kemudian, dengan melihat cahaya dari galaksi inang supernova, para astrofisikawan juga dapat menghitung seberapa cepat mereka bergerak menjauh dari kita. Dengan menyatukan semua bagian, kita dapat menghitung laju ekspansi alam semesta.
Tapi ada yang lebih ke jagad raya daripada bintang yang meledak. Ada juga sesuatu yang disebut latar belakang gelombang mikro kosmik, yang merupakan cahaya sisa dari setelah Big Bang, ketika alam semesta kita adalah bayi belaka, hanya berusia 380.000 tahun. Dengan misi seperti satelit Planck yang bertugas memetakan radiasi sisa ini, para ilmuwan memiliki peta latar belakang yang sangat tepat ini, yang dapat digunakan untuk mendapatkan gambaran yang sangat akurat tentang isi alam semesta. Dan dari sana, kita dapat mengambil bahan-bahan itu dan menjalankan jam ke depan dengan model komputer dan dapat mengatakan berapa tingkat ekspansi seharusnya hari ini - dengan asumsi bahwa bahan dasar alam semesta tidak berubah sejak saat itu.
Kedua perkiraan ini tidak cukup setuju untuk membuat orang sedikit khawatir bahwa kita kehilangan sesuatu.
Lihatlah sisi gelap
Mungkin, satu atau keduanya pengukuran salah atau tidak lengkap; banyak ilmuwan di kedua sisi debat yang mengumbar jumlah lumpur yang tepat pada lawan mereka. Tetapi jika kita mengasumsikan bahwa kedua pengukuran itu akurat, maka kita perlu sesuatu yang lain untuk menjelaskan pengukuran yang berbeda. Karena satu pengukuran berasal dari alam semesta yang sangat awal, dan yang lain berasal dari waktu yang relatif baru, pemikirannya adalah bahwa mungkin beberapa bahan baru dalam kosmos mengubah tingkat ekspansi alam semesta dengan cara yang belum kita tangkap di masa lalu. model.
Dan apa yang mendominasi ekspansi alam semesta saat ini adalah fenomena misterius yang kita sebut energi gelap. Itu nama yang luar biasa untuk sesuatu yang pada dasarnya tidak kita mengerti. Yang kita tahu adalah bahwa laju ekspansi alam semesta saat ini semakin cepat, dan kita menyebut gaya yang mendorong percepatan ini "energi gelap."
Dalam perbandingan kita dari alam semesta muda ke alam semesta masa kini, fisikawan berasumsi bahwa energi gelap (apa pun itu) adalah konstan. Tetapi dengan asumsi ini, kita memiliki ketidaksepakatan saat ini, jadi mungkin energi gelap berubah.
Saya kira itu layak dicoba. Mari kita asumsikan bahwa energi gelap sedang berubah.
Para ilmuwan memiliki kecurigaan yang menyelinap bahwa energi gelap ada hubungannya dengan energi yang terkunci ke dalam kekosongan ruang-waktu itu sendiri. Energi ini berasal dari semua "medan kuantum" yang menembus alam semesta.
Dalam fisika kuantum modern, setiap jenis partikel terikat pada bidangnya masing-masing. Bidang-bidang ini menyapu seluruh ruang-waktu, dan terkadang serpihan bidang itu benar-benar bergairah di beberapa tempat, menjadi partikel yang kita kenal dan sukai - seperti elektron, quark, dan neutrino. Jadi semua elektron milik medan elektron, semua neutrino milik medan neutrino, dan sebagainya. Interaksi bidang-bidang ini membentuk dasar fundamental bagi pemahaman kita tentang dunia kuantum.
Dan ke mana pun Anda pergi di alam semesta, Anda tidak bisa lepas dari medan kuantum. Bahkan ketika mereka tidak bergetar cukup di lokasi tertentu untuk membuat partikel, mereka masih di sana, bergoyang dan bergetar dan melakukan hal kuantum normal mereka. Jadi medan kuantum ini memiliki sejumlah energi mendasar yang terkait dengannya, bahkan dalam ruang hampa kosong itu sendiri.
Jika kita ingin menggunakan energi kuantum eksotis dari kekosongan ruang-waktu untuk menjelaskan energi gelap, kita langsung mengalami masalah. Ketika kita melakukan beberapa perhitungan yang sangat sederhana, sangat naif tentang berapa banyak energi yang ada dalam ruang hampa karena semua medan kuantum, kita berakhir dengan angka sekitar 120 orde yang lebih kuat daripada apa yang kita amati tentang energi gelap. Aduh.
Di sisi lain, ketika kami mencoba beberapa perhitungan yang lebih canggih, kami berakhir dengan angka yang nol. Yang juga tidak setuju dengan jumlah energi gelap yang diukur. Teri lagi.
Jadi, apa pun yang terjadi, kita memiliki waktu yang sangat sulit untuk mencoba memahami energi gelap melalui bahasa energi vakum ruang-waktu (energi yang diciptakan oleh medan kuantum). Tetapi jika pengukuran laju ekspansi ini akurat dan energi gelap benar-benar berubah, maka ini mungkin memberi kita petunjuk tentang sifat medan kuantum tersebut. Secara khusus, jika energi gelap berubah, itu berarti bahwa medan kuantum itu sendiri telah berubah.
Musuh baru muncul
Dalam sebuah makalah baru-baru ini yang diterbitkan secara online di jurnal pracetak arXiv, fisikawan teoritis Massimo Cerdonio di Universitas Padova telah menghitung jumlah perubahan dalam bidang kuantum yang diperlukan untuk menjelaskan perubahan energi gelap.
Jika ada medan kuantum baru yang bertanggung jawab atas perubahan energi gelap, itu berarti ada partikel baru di alam semesta.
Dan jumlah perubahan dalam energi gelap yang dihitung Cerdonio membutuhkan jenis massa partikel tertentu, yang ternyata kira-kira sama dengan massa jenis partikel baru yang sudah diprediksi: yang disebut axion. Fisikawan menemukan partikel teoretis ini untuk menyelesaikan beberapa masalah dengan pemahaman kuantum kita tentang gaya nuklir kuat.
Partikel ini mungkin muncul di alam semesta paling awal, tetapi telah "bersembunyi" di latar belakang sementara kekuatan dan partikel lain mengendalikan arah alam semesta. Dan sekarang giliran axion ...
Meski begitu, kami tidak pernah mendeteksi suatu axion, tetapi jika perhitungan ini benar, maka itu berarti bahwa axion ada di sana, mengisi alam semesta dan medan kuantumnya. Juga, axion hipotetis ini sudah membuat dirinya terlihat dengan mengubah jumlah energi gelap di kosmos. Jadi bisa jadi meskipun kita belum pernah melihat partikel ini di laboratorium, itu sudah mengubah alam semesta kita pada skala yang paling besar.
