A kishte gabim Ajnshtajni në lidhje me konstanten kozmologjike?

Natyra e energjisë së errët, forca e padukshme që qeveris fatin përfundimtar të kozmosit, mund të rezultojë thellësisht e ndryshme nga ajo që supozohej më parë.

Pas dy dekadash vëzhgimesh që dukeshin se konfirmonin një imazh të qëndrueshëm dhe të pandryshueshëm të këtij komponenti misterioz, analizat e reja sugjerojnë se energjia e errët nuk është aspak konstante, por evoluon me kalimin e kohës kozmike. Ky do të ishte një revolucion konceptual që do të sfidonte një nga gurët themelorë të kozmologjisë moderne: konstanten kozmologjike të prezantuar nga Albert Ajnshtajni më shumë se një shekull më parë për të përshkruar vetitë e hapësirës boshe.

Çështja e energjisë së errët përfaqëson një nga enigmat më të thella në fizikën bashkëkohore. Ne e dimë saktësisht se kjo formë energjie përbën afërsisht 70% të totalit të energjisë masive të universit, megjithatë nuk kemi një kuptim të vërtetë fizik të natyrës së saj. Josh Frieman, profesor emeritus i Astronomisë dhe Astrofizikës në Universitetin e Çikagos, nuk e fsheh sikletin e komunitetit shkencor: të kuptuarit se çfarë do të përcaktojë evolucionin e ardhshëm të kozmosit pa ditur se nga çfarë përbëhet në të vërtetë përbërësi i tij dominues përfaqëson një sfidë intelektuale të paparë.

Studimi i ri, i botuar në revistën Physical Review D shtatorin e kaluar, rrjedh nga analiza e integruar e të dhënave nga disa nga projektet më të rëndësishme vëzhguese në kozmologji: Sondazhi i Energjisë së Errët (DES), Instrumenti Spektroskopik i Energjisë së Errët (DESI), Sondazhi Dixhital i Qiellit Sloan (SDSS), sateliti Planck dhe Teleskopi Kozmologjik Atacama. Frieman, së bashku me Anowar Shajib, një bashkëpunëtor i Ajnshtajnit në Programin e Bursave Hubble të NASA-s, i krahasuan sistematikisht këto të dhëna me disa modele teorike, duke zbuluar se formulimet që përfshijnë energjinë e errët dinamike dhe që ndryshon në kohë i përshkruajnë vëzhgimet më mirë sesa modeli standard i bazuar në konstanten kozmologjike.

Metodologjia bazohet në analizën e historisë së zgjerimit kozmik: duke matur shkallën me të cilën universi është zgjeruar në kohë të ndryshme në të kaluarën, duke përdorur teknika që përfshijnë vëzhgimet e supernovave, lëkundjet akustike të barioneve dhe anizotropitë në sfondin kozmik të mikrovalëve, studiuesit mund të nxjerrin përfundimin se si energjia e errët ka ndryshuar me kalimin e kohës. Rezultatet sugjerojnë se gjatë miliard viteve të fundit, dendësia e energjisë së errët është ulur me rreth 10%, një ndryshim modest, por statistikisht i rëndësishëm krahasuar me stabilitetin e parashikuar nga modeli tradicional.

Korniza teorike e propozuar bazohet në një klasë grimcash hipotetike të quajtura aksione, të hipotezuara fillimisht në vitet 1970 për të shpjeguar disa karakteristika të bashkëveprimeve të forta. Ndërsa aksionet konvencionale konsiderohen kandidatë të besueshëm për materien e errët dhe kërkohen në mënyrë aktive në eksperimente të tilla si ato të kryera në Fermilab dhe Universitetin e Çikagos, modeli i paraqitur nga Frieman dhe Shajib përfshin një version ultra të lehtë të këtyre grimcave. Në këtë skenar, energjia e errët do të kishte mbetur në mënyrë efektive konstante për miliard vitet e para të historisë kozmike, pastaj do të kishte evoluar gradualisht, si një top i lëshuar në një plan të pjerrët dhe që fillon të rrokulliset, duke rezultuar në një rënie të ngadaltë të dendësisë së tij.

Implikimet për të kuptuar zgjerimin kozmik janë të thella.

Nëse dendësia e energjisë së errët zvogëlohet me kalimin e kohës, përshpejtimi i zgjerimit të universit do të ngadalësohet gjithashtu në mënyrë progresive. Ky skenar përjashton rezultatet më ekstreme të parashikuara nga disa modele kozmologjike: Grisja e Madhe, ku përshpejtimi do të rritej deri në pikën e shpërbërjes së vetë materies në nivelin atomik, dhe Përtypja e Madhe, ku universi do të ndalonte së zgjeruari dhe do të shembej në vetvete. Modelet e bazuara në aksione ultra të lehta sugjerojnë në vend të kësaj një të ardhme të karakterizuar nga zgjerimi i përshpejtuar që zgjat miliarda vjet, duke kulmuar në një univers të ftohtë dhe të errët: të ashtuquajturin Ngrirje e Madhe.

Interesi për modelet dinamike të energjisë së errët nuk është krejtësisht i ri në komunitetin kozmologjik. Që pas zbulimit të përshpejtimit kozmik në vitet 1990, disa studiues e kishin konsideruar këtë mundësi për të zgjidhur mospërputhjet vëzhguese. Megjithatë, deri vonë, grupet kryesore të të dhënave të forta ishin në përputhje me një model jo-evolucionar të energjisë së errët, të pranuar si kozmologjia standarde. Zbulimi i madh erdhi vitin e kaluar, kur të dhënat e kombinuara të DES, DESI dhe Planck zbuluan një mospërputhje të konsiderueshme me Modelin Standard, duke ringjallur fuqishëm interesin për formulime alternative.

Një tipar dallues i këtij hulumtimi është qasja e tij metodologjike: në vend që të përdorin formula matematikore empirike pa bazë fizike, siç është bërë në shumë analiza të mëparshme, Frieman dhe Shajib krahasuan drejtpërdrejt modelet e bazuara në fizikën e grimcave me të dhënat. Shajib, i cili specializohet në kozmologjinë vëzhguese dhe evolucionin e galaktikave, përdor teknika të forta gravitacionale të lentes për të matur konstanten e Hubble dhe për të ngushtuar parametrat e energjisë së errët, duke ndihmuar kështu në lidhjen e vëzhgimeve kozmologjike me parashikime teorike të testueshme.

Pavarësisht entuziazmit për këto rezultate paraprake, studiuesit ruajnë kujdesin e nevojshëm për praktikën e mirë shkencore. Siç thekson Frieman, pas njëzet vitesh të dhënash që mbështesin vazhdimisht një energji të errët konstante, komuniteti shkencor pothuajse kishte hequr dorë nga hipoteza e evolucionit të saj. Tani, për herë të parë në më shumë se dy dekada, po dalin prova që dëshmojnë të kundërtën, por ato ende mund të jenë të pasakta. Konfirmimi përfundimtar do të vijë nga studimet e gjeneratës së ardhshme: projekti DESI në vazhdim dhe Studimi i Trashëgimisë së Hapësirës dhe Kohës i Observatorit Vera Rubin duhet të ofrojnë të dhëna mjaftueshëm të sakta në vitet e ardhshme për të përcaktuar me siguri nëse këto modele janë të sakta apo nëse energjia e errët është vërtet një konstante kozmologjike.

Përtej implikimeve teorike, zhvillimi i teknologjive të reja për të eksploruar këto pyetje themelore ka implikime të rëndësishme praktike. Ndërtimi i teleskopëve të rinj, lëshimi i satelitëve të dedikuar dhe zhvillimi i detektorëve inovativë përfaqësojnë përparime teknologjike që do të ndikojnë në jetën tonë shumë kohë përpara ngjarjeve kozmike që do të ndodhin triliona vjet nga tani.