1920 년대 말 이래로 천문학 자들은 우주가 팽창하고 있다는 사실을 알고 있습니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 초기에 예측 된이 실현은 가장 널리 인정 된 우주론 모델 인 빅뱅 이론을 알리기 위해 계속되었습니다. 그러나 개선 된 관측 결과에 따르면 우주의 팽창률이 수십억 년 동안 가속화되고 있음을 보여 주었던 1990 년대에는 상황이 다소 혼란스러워졌습니다.
이로 인해 우주의 확장을 이끄는 신비한 보이지 않는 힘인 다크 에너지 이론이 탄생했습니다. “미사 질량”을 설명한 암흑 물질과 마찬가지로,이 어려운 에너지를 찾아 내거나 최소한 일관된 이론적 틀을 제공해야했습니다. 브리티시 컬럼비아 대학교 (UBC)의 새로운 연구는 우주와 시간의 변동으로 인해 우주가 확장되고 있다고 가정함으로써이를 수행하려고합니다.
최근에 저널에 발표 된 연구 물리적 검토 D – UBC 물리학과 및 천문학 박사 과정 학생 Qingdi Wang이 이끄 었습니다. UBC의 William Unruh 교수 (Unruh Effect를 제안한 사람)의 감독하에 Zhen Zhu (UBC의 다른 박사 과정 학생)의 도움을 받아 그들은 Dark Energy에 대한 새로운 견해를 제공합니다.
팀은 우주의 모든 자연 현상을 함께 설명하는 두 가지 주요 이론으로 인해 발생하는 불일치를 해결하는 것으로 시작했습니다. 이 이론들은 우주가 가장 큰 규모 (즉, 별, 은하, 성단)와 가장 작은 것 (아 원자 입자)에서 어떻게 행동 하는지를 효과적으로 설명하는 일반 상대성 이론과 양자 역학에 지나지 않습니다.
불행하게도,이 두 이론은 중력으로 알려진 작은 물질에 관해서는 일관성이 없으며, 과학자들은 여전히 양자 역학의 관점에서 설명 할 수 없습니다. 암흑 에너지의 존재와 우주의 확장은 또 다른 의견 불일치입니다. 우선, 다크 에너지의 가장 보편적 인 설명 중 하나 인 진공 에너지와 같은 후보 이론은 심각한 불일치를 나타냅니다.
양자 역학에 따르면, 진공 에너지는 엄청나게 큰 에너지 밀도를 가질 것입니다. 그러나 이것이 사실이라면, 일반 상대성 이론은이 에너지가 우주의 크기를 폭발시키기에 충분히 강력한 중력 효과를 가질 것으로 예측합니다. Unruh 교수는 이메일을 통해 Space Magazine과 공유했습니다.
“문제는 진공 에너지의 순진한 계산이 큰 가치를 제공한다는 것입니다. 어떤 종류의 컷오프가 있다고 가정하면 플랑크 에너지 밀도보다 훨씬 큰 에너지 밀도 (또는 약 10)를 얻을 수 없습니다95 줄 (미터 / 미터 ³)은 허블 상수를 얻습니다. 우주의 크기가 대략 두 배가되는 시간 척도는 10 정도입니다.-44 비서. 따라서 일반적인 접근 방식은 어떻게 든 무언가가 감소하여 실제로 약 100 억 년의 실제 확장 속도를 얻습니다. 그러나 그‘어떻게 든’은 꽤 신비 롭고 아무도 설득력있는 메커니즘을 만들어 내지 못했습니다.”
다른 과학자들은 이러한 불일치를 해결하기 위해 일반 상대성 이론과 양자 역학 이론을 수정하려고 노력했지만 Wang과 그의 동료들은 다른 접근법을 찾았다. Wang이 Space Magazine에 이메일을 통해 설명한 것처럼 :
“이전 연구는 진공 에너지를 작게 만들기 위해 양자 역학을 수정하려고하거나 진공 에너지를 위해 중력 마비를 만들기 위해 어떤 방법으로 일반 상대성을 수정하려고합니다. 그러나 양자 역학과 일반 상대성 이론은 우리 우주가 어떻게 작동하는지 설명하는 가장 성공적인 두 이론입니다… 양자 역학이나 일반 상대성 이론을 수정하는 대신, 우리는 먼저 그것들을 더 잘 이해해야한다고 믿습니다. 우리는 양자 역학에 의해 예측 된 큰 진공 에너지 밀도를 진지하게 받아들이고 그것들 중 하나를 수정하지 않고 일반 상대성 이론에 따라 중력에 도달하게합니다.”
연구를 위해 Wang과 그의 동료들은 예측 된 높은 에너지 밀도를 고려한 진공 에너지에 대한 새로운 계산을 수행했습니다. 그런 다음 전자보다 수십억 배 더 작은 가장 작은 규모의 시공간 구조가 팽창과 수축 사이의 모든 지점에서 진동하는 거친 변동에 노출 될 가능성을 고려했습니다.
앞뒤로 움직일 때, 이러한 진동의 결과는 우주가 느리게 팽창하지만 가속화되는 순 효과입니다. 계산을 수행 한 후, 그들은 이러한 설명이 양자 진공 에너지 밀도와 일반 상대성 이론의 존재와 일치한다고 언급했다. 또한 과학자들이 우리 우주에서 거의 한 세기 동안 관찰 한 것과 일치합니다. Unruh가 설명했듯이 :
“우리의 계산에 따르면 가장 작은 규모의 우주가 실제로 엄청나게 빠른 속도로 확장되고 축소되고 있다고 생각할 수 있습니다. 물리학은 그 작은 스케일에 대한 평균화로 인해 '양자 거품'이라는 것을 알지 못합니다. 효과적인 우주 상수를 제공하는 데 작은 잔차 효과가 있습니다 (암흑 에너지 유형 효과). 어떤면에서 그것은 마치 바다가 완벽하게 매끄러운 것처럼 여행하는 바다의 파도와 같지만 실제로 우리는 물을 구성하는 원자의 놀라운 춤이 있다는 것을 알고 있으며 파도는 그 변동에 대해 평균화되고 마치 표면이 매끄 럽습니다.”
왕과 그의 동료들은 우주를 지배하는 다양한 힘이 해결 될 수없고 서로 상쇄해야하는 우주의 상충되는 이론과 달리 우주가 끊임없이 움직이는 그림을 제시한다. 이 시나리오에서 진공 에너지의 효과는 실제로 자체 취소되며, 우리가 지금까지 관찰 한 확장 및 가속을 발생시킵니다.
너무 빨리 말할 수는 없지만, 매우 역동적 인 우주의 이미지 (가장 작은 규모 일지라도)는 시공간에 대한 우리의 이해에 혁명을 가져올 수 있습니다. 최소한 이러한 이론적 발견은 과학계 내에서 토론을 자극하고 직접적인 증거를 제공하도록 고안된 실험을 확실하게합니다. 그리고 우리가 알고 있듯이, 이것이 우주라고 알려진이 것에 대한 이해를 향상시킬 수있는 유일한 방법입니다.
