Около нас постоянно се пораждат невидими червееви дупки: физици предложиха нова концепция за тъмната енергия

Вселената се разширява. Нещо повече, тя се разширява с все по-бързи темпове. За да обяснят този процес, физиците въведоха понятието „тъмна енергия“ – неизвестна сила, която раздалечава галактиките една от друга и кара пространството да се раздува все по-бързо.

Най-простото обяснение на тъмната енергия е така наречената космологична константа. По същество това е енергията, присъща на самия вакуум – празното пространство. Идеята звучи добре, но с нея има проблем. Когато теоретиците се опитват да изчислят стойността на тази константа въз основа на законите на квантовата механика, те получават число, което е 120 порядъка (т.е. 10¹²⁰ пъти по-голямо) от това, което наблюдават астрономите.

Това разминаване се нарича „най-лошото предвиждане в историята на физиката“. И това кара учените да търсят други, по-радикални идеи.

Ново изследване на екип от физици предлага да се обмисли една такава идея. Какво ще стане, ако тъмната енергия не е фундаментално свойство на вакуума, а страничен ефект от постоянните промени в самата тъкан на пространство-времето на микроскопично ниво? Например, резултат от появата и изчезването на безброй квантови червееви дупки?

Какво представлява квантовата пяна?

В мащабите, с които сме свикнали, пространство-времето се представя като гладко и непрекъснато. Но теорията предвижда, че ако увеличим мащаба до крайния планковски мащаб, картината ще се промени драстично. Там пространството престава да бъде статично. То се превръща в квантова пяна – бълбукащ, хаотичен океан от енергия, в който виртуалните частици постоянно се пораждат и умират, а самата геометрия на пространство-времето се колебае.

В тази пяна могат спонтанно да се появят микроскопични структури, включително малки, краткотрайни червееви дупки – хипотетични тунели, свързващи различни точки от пространството. Тяхната поява не е просто локална пертурбация, а основна промяна в топологията на Вселената.

Топологията е раздел от геометрията, който изучава свойствата на фигурите, които не се променят при тяхната непрекъсната деформация. Например от топологична гледна точка чашата за кафе и поничката са едно и също нещо: обект с една дупка. Не можете да превърнете сфера (без дупки) в поничка (с една дупка), без да я счупите. Създаването на червеева дупка е точно такова разкъсване. Това е акт на промяна на основната свързаност на пространството.

Как работи това?

Именно тази промяна в топологията е същността на новата идея. В стандартната Обща теория на относителността на Айнщайн появата на такива микрочервейни дупки почти не оказва влияние върху космологията като цяло. Техният ефект се осреднява и става незабележим в големи мащаби.

Но авторите на изследването добавят допълнителен компонент към гравитационните уравнения, известен като член на Гаус-Боне. Този математически обект описва глобалната кривина на пространството. В четириизмерното пространство-време (три пространствени измерения плюс време) той се държи като топологичен инвариант. Това означава, че докато топологията на пространството не се променя, тя остава постоянна и не влияе на локалната физика – т.е. на начина, по който се движат планетите или се разпространява светлината. Тя просто е там, като един вид фонова характеристика.

Но какво се случва, ако топологията се промени? Например, ако в квантовата пяна се породи червеева дупка?

Тук се случва най-интересното нещо. Процедурата, която при обичайните условия няма ефект, изведнъж генерира нов член в гравитационните уравнения, когато топологията се промени. От математическа гледна точка той изглежда и се държи точно като космологичната константа.

Ключовият аспект е, че тъмната енергия в този модел не е константа, пришита към вакуума. Тя възниква като пряко следствие от динамичен процес: постоянната промяна в топологията на пространство-времето на квантово ниво.

От колко червейни дупки се нуждае нашата Вселена?

Всяка теория трябва да издържи теста на числата. Колко силен ще бъде този нов ефект? Големината на тази „ефективна тъмна енергия“ зависи от два параметъра: интензивността на връзката (константа, идваща от теорията на струните) и, най-важното, плътността на възникващите червееви дупки.

С други думи, колкото по-активна е квантовата пяна и колкото по-често в нея се появяват микрочервейни дупки, толкова по-силен е ефектът на тласкане на Вселената.

Авторите са направили изчисления. За да може получената от тях космологична константа да съвпада с наблюдаваната стойност, плътността на червейните дупки трябва да е около 10¹⁶ (десет квадрилиона) броя на кубичен метър в секунда. Това звучи като огромно число, но по стандартите на съществуващите модели на квантовата пяна това е разумна оценка. И със сигурност изглежда много по-реалистична от разминаването от 120 порядъка в стандартния модел.

Новата перспектива

Тази статия не дава окончателен отговор на въпроса за природата на тъмната енергия. Тя е теоретичен модел, който тепърва трябва да бъде тестван и вграден в една по-широка картина на света.

Той обаче заменя една неясна, статична константа с динамичен, физически процес. Тъмната енергия престава да бъде нещо външно и се превръща в свойство на самата жива и променяща се тъкан на реалността.

Нещо повече, ако приемем, че плътността на червеевите дупки не е била постоянна в историята на Вселената, това означава, че силата на тъмната енергия може да се променя. А това, от своя страна, може да помогне да се обяснят някои други космологични загадки.