Döbbenetes hipotézis: csupán illúzió az univerzum gyorsuló tágulása

Egy frissen megjelent publikáció új elméletet vázol fel a világegyetem gyorsuló tágulását a feltételezett sötét energiával megmagyarázó teóriákkal szemben. A döbbenetes új elmélet szerint az univerzum gyorsuló tágulása csupán egy olyan „kozmikus illúzió”, amit a világegyetem folyamatosan változó állandói okoznak. Éppen ezért az univerzum gyorsuva tágulásának megértéséhez sincs szükség az amúgy csak hipotetikus sötét energia létére, mivel ez a folyamat egyetlen olyan egyenlettel is leírható, ami mellőzi az antigravitációs energiát.

Az univerzum egyik legnagyobb rejtélye a világegyetem gyorsuló tágulása Fotó: Triff/Shutterstock Forrás: Ilf Science

Döbbenetes tartalmú publikáció jelent meg a Galaxies asztronómiai szaklap szeptember 12-i számában, amelynek szerzője nem kevesebbet állít, mint hogy az univerzum gyorsuló tágulása csupán egy illúzió, ami nem a feltételezett sötét energiára, hanem a világegyetem állandóinak változásaira vezethető vissza.

Döbbenetes és komoly vitákat kiváltó új tanulmány jelent meg az univerzum tágulásával kapcsolatban (Fotó: NASA/ESA)

A döbbenetes új elmélet legalább annyira döbbenetes, mint maga az univerzum

Az univerzumot a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzástól egészen a legközelebbi galaxisokig megfigyelve tudjuk, hogy a világegyetem tágul. Korábban az ősrobbanásra visszavezetett tágulás sebességét egyenletesnek tartották, de azt is felvetették, hogy a tágulás az idő múlásával lelassulhat.

Az univerzum fejlődésének folyamatábrája az ősrobbanástól (Fotó: NASA)

Edmund P. Hubble amerikai csillagász 1929-ben felfedezte, hogy a galaxisok színképe a távolságukkal arányosan a spektrum vörös tartománya felé tolódik el, vagyis a galaxisok távolodnak egymástól. Ez volt az első empirikus bizonyíték az univerzum tágulására. Georges Lemaitre belga csillagász és elméleti fizikus ebből kiindulva állította fel az ősrobbanás elméletét, 1931-ben. 

Edwin P. Hubble fedezte fel a galaxisok vöröseltolódását, vagyis az univerzum tágulását (Fotó: Time /Margaret Bourke-White)

Lemaitre szerint ugyanis ha a távolodó galaxisok mozgási vektorait visszafelé extrapoláljuk az időben, eljutunk egy olyan kezdő időpontig, amikor az univerzum összes anyaga, sugárzása és energiája egyetlen pontban sűrűsödött össze. 

Lemaitre elméletének megalapozottságára több bizonyítékot is találtak, 

amelyek közül az 1960-as években felfedezett, és George Gamow amerikai elméleti fizikus által már 1948-ban megjósolt kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás, az ősrobbanás „utófénylése” számít a legfontosabbnak. Az úgynevezett Hubble-idő nulladik pillanatában, vagyis az idő kezdetén az univerzumot felépítő anyag egyetlen pontban, a gravitációs szingularitásban tömörült össze. Az ősrobbanás szingularitásában a világegyetem sűrűsége és a téridő is végtelen volt.

George Gamow elméleti úton jósolta meg a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás létét (Fotó:  Evening Standard/Getty Images)

Viszont az 1990-es évek derekán és a 2000-es évek elején a gravitációs lencsék, a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás és az Ia típusú szupernóvák alaposabb vizsgálata megdöbbentő eredményt hozott; Samuel Perlmutter, Brian P. Smith és Adam Riesset felfedezte ugyanis, hogy az univerzum gyorsulva tágul, ami ellentmond az általános kozmológiai modellnek. Még furcsább – és további megfigyeléseket, elemzéseket igénylő dolog –, hogy ez a felgyorsult tágulás körülbelül 5-6 milliárd éve kezdődött el. A gyorsuló tágulást okozó titokzatos hatást az asztrofizikusok a hipotetikus sötét energiára vezetik vissza.

Perlmutter, Smith és Riesset az univerzum gyorsuló tágulásával kapcsolatos felfedezésükért 2011-ben megkapták a fizikai Nobel-díjat (Fotó: Nobel Prize)

A kozmológiai elméletben a sötét energia az egész univerzumot kitöltő olyan hipotetikus energiaforma, ami negatív nyomást fejt ki, vagyis antigravitációs hatású. Albert Einstein általános relativitáselméletének mezőegyenleteiből pedig az következik, hogy a sötét energia negatív nyomása nagy távolságokon semlegesíti a gravitációs vonzást. Az egyik elképzelés szerint a sötét energia egyenletesen tölti ki az univerzumot, vagyis konstans az energiasűrűsége, más elképzelés szerint viszont ez egy olyan dinamikus erőtér, aminek térben és időben is változhat az energiaszintje.

A sötét energiával szemben a sötét anyag az a láthatatlan anyagforma, ami nem bocsát ki saját fényt, és csak a gravitáció révén lép kölcsönhatásba a normál anyaggal, amire már találtak közvetett bizonyítékokat a galaxisok és a galaxishalmazok szerkezetét vizsgálva. A galaxisok forgási sebességén és a gömbhalmazokon kívül a galaxisok gravitációs lencséi is a sötét anyag létezésére utalnak. Bár számos sötétanyag-jelölt létezik, és rengeteg kísérlet vizsgálja ezeket az opciókat, ám a sötétanyag-detektálás még nem történt meg, de ahhoz sem jutottunk közelebb, hogy megfejtsük, mi is valójában a sötét energia. 

A sötét energia eloszlását szemléltető ábra (Fotó: TrendinTech)

Sok mindent lenne szükség még magyarázni, és mint minden új nagy ötletnél, e hipotézis érvényességét is rengeteg megfigyelési adatnak kellene megerősítenie. Rajendra Gupta, az Ottawai Egyetem Fizikai Tanszékének elméleti fizikusa szerint 

a világegyetem gyorsuló tágulására vonatkozó megfigyelések az univerzum alapvető erői intenzitásának időbeli változásaival magyarázhatók. 

„Az univerzum erői valójában átlagosan gyengülnek a tágulással” – mondja Rajenda Gupta, akit az Ilf Science tudományos hírportál idéz.

Az új elméletet publikáló Rajendra Gupta, az Ottawai Egyetem asztrofizikusa (Fotó: University of Ottawa)

 „Ez a gyengülés egyrészt azt a benyomást kelti, mintha egy rejtélyes lökés gyorsítaná az univerzum tágulását, amit sötét energiaként azonosítanak. Galaktikus és galaxishalmaz-szinten azonban ezeknek az erőknek a gravitációsan kötött terükben bekövetkező változása extra gravitációt eredményez - lényegében ez az, amit a sötét energiának tulajdonítanak. De ezek a dolgok csak olyan illúziók lehetnek, amelyek a kölcsönhatások erősségét meghatározó változó állandókból erednek” – véli az új hipotézist megalkotó kutató.

Mindkét forgatókönyv egyetlen egyenlettel is leírható a sötét energia nélkül 

A tanulmány azt sugallja, hogy a galaxisok forgási görbéi, a gravitációs lencsehatás és a sötét energia mind megmagyarázhatók a kovariáló csatolási állandókkal (CCC), vagyis azzal az elképzeléssel, hogy az univerzum „állandói”, mint például a gravitáció erőssége és az elektromágnesesség, idővel változnak, méghozzá egymással összefüggésben. Ebben a modellben a csatolási állandók (𝛼-vel jelölve) kozmológiai skálákon rögzítettek, de lokálisan változhatnak a normál (barionos) anyag eloszlásától függően.

Az univerzum gyorsuló tágulása Gupta szerint csak látszatcsalódás (Fotó: NASA/JPL-Caltech)

 „Két nagyon különböző jelenséget kell megmagyarázni a sötét anyaggal és a sötét energiával kapcsolatban. Az első kozmológiai, azaz 600 millió fényévnél nagyobb léptékű azt feltételezve, hogy az univerzum homogén és minden irányban azonos. A második az asztrofizikai megközelítés, amely szerint az univerzum kisebb léptékben nagyon darabos és irányfüggő. A standard modellben e két forgatókönyv különböző egyenleteket igényel a hipotetikus sötét anyag és sötét energia beiktatásával végzett megfigyelések magyarázatához. A miénk az egyetlen, ami ugyanazzal az egyenlettel megmagyarázza mindkét jelenséget, méghozzá a sötét anyag vagy a sötét energia nélkül” – mondja az Ottawai Egyetem Fizikai Tanszékének adjunktusa.

Einstein és Georges Lemaitre (Fotó: Wikimedia Commons)

 A tanulmány azt jósolja, hogy azokon a kozmikus területeken, ahol nagyobb az anyagkoncentráció, az 𝛼 hozzájárulása alacsonyabb, mint azokon a térrészeken, ahol nagyon kevés vagy pedig egyáltalán nincs jelen az anyag. Lényegében ahelyett, hogy a sötét anyag lenne felelős a galaxisok forgásgörbéiért, a pluszgravitáció az 𝛼 nagyobb hozzájárulásából származik a galaxisok szélein. Gupta szerint ezzel az egyszerűsített modellel ezeket a galaxisgörbéket a sötét anyag közbeiktatása nélkül is reprodukálni lehet.

Nem mindenki osztja azt, hogy megtaláltuk a nagy megoldást

„Az az igazán izgalmas, hogy ez az új megközelítés lehetővé teszi számunkra, hogy megmagyarázzuk amit a kozmosz mélyén látunk: a galaxisok forgását, a galaxishalmazok mozgási dinamikáját, sőt még azt is, ahogyan a fény elhajlik a hatalmas tömegű objektumok körül anélkül, hogy valami megfoghatatlant kellene odaképzelnünk” – véli Rajenda Gupta. „Mindez csupán a természet állandóinak az eredménye, amelyek az univerzum öregedésével és csomósodásával együtt változnak” – fűzi hozzá az asztrofizikus. 

Az ősrobbanás után sokat változott az univerzum (Fotó: Romolo Tavani)

Bár a hipotézis kétségtelenül érdekes, de azt is ki kell hangsúlyozni, hogy ellentmond a jelenlegi fizikai modellnek. 

Ahogy a neves csillagász, Carl Sagan egyszer megfogalmazta; a rendkívüli állításokhoz rendkívüli bizonyítékok szükségesek, 

amiket a CCC, vagyis a kovariáló csatolási állandók eddig még nem szolgáltattak. Éppen ezért jó okkal lehet feltételezni, hogy Gupta hipotézise nem fogja egyhamar felváltani a sötét energia/sötét anyag modellt. Gupta modelljének része a „fáradt fény” elmélete is, mint a távoli galaxisok vöröseltolódásának magyarázata, ám ezt a teóriát ma már széles körben tartják hiteltelennek.

A fáradt fény elméletét a XX. század első felében alkották meg, ami Hubble felfedezését, a galaxisok színképének vöröseltolódását nem a galaxisok távolodásával, hanem a fény energiavesztésével próbálta megmagyarázni. Az elmélet szerint a fény miközben a kibocsátó objektumtól eljut a megfigyelőig energiát veszít, és ennek tudható be a spektrum vörös tartománya felé való eltolódása is. A teóriát azonban a XX. század második felében elméleti és empirikus úton megcáfolták; az energiavesztés vagy változás ugyanis megváltoztatná a lendületet is, ami miatt – ha igaz lenne a hipotézis – a távoli objektumokat csak elmosódottan láthatnánk.

Ahogy az új hipotézist jegyző asztrofizikus kritikusai is hivatkoznak rá, Gupta azzal a tanulmányával került a címlapokra 2023-ban, amelyben azt állította, hogy univerzum valójában 26 milliárd éves, amiért a tudományos közösség több tagjától is éles kritikákat kapott. „Számos mérés utal arra, hogy az univerzum kora megközelítőleg 14 milliárd év” – mondta Tamara Davis, a Queenslandi Egyetem asztrofizikus professzora az Ilf Science-nek. „Nemcsak a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás, nemcsak a szupernóvákkal mért tágulási sebesség számít, hanem ott van az univerzum nagyléptékű szerkezete és a legidősebb csillagok mért kora is.”

Szupernóva-robbanás művészi ábrája (Fotó: AFP)

 „A másik probléma az, hogy (Gupta) a modelljét kizárólag a szupernóva-adatokhoz illesztette. Egyszerűen nem elegendő (a hipotézist) egyetlen adathalmazhoz illeszteni, és a többit figyelmen kívül hagyni”– tette hozzá Tamara Davis a tanulmányra tett kritikai észrevételeihez. Gupta a bírálatokkal szemben azonban úgy véli, hogy a CCC modell megoldhatja a gyorsuló tágulás problémáját és az univerzum más rejtélyeit is. „Évekig küzdöttünk azzal, hogy megmagyarázzuk, hogyan alakultak ki rendkívül gyorsan a korai univerzum galaxisai és hogyan váltak ennyire hatalmassá” – magyarázza az Ottawai Egyetem adjunktusa. „A modellünkkel nem kell egzotikus részecskéket feltételeznünk, vagy a fizika szabályait megszegnünk. Az univerzum idővonala egyszerűen megnyúlik, majdnem megduplázza az univerzum korát, és helyet ad mindennek, amit megfigyelünk.”

Az univerzum még számtalan titkát nem fedte fel előttünk (Fotó: Wikimedia Commons)

 – Néha a legegyszerűbb magyarázat a legjobb. Az univerzum legnagyobb titkai talán csak a természet állandóan változó szabályainak trükkjei – hangsúlyozza a tanulmány szerzője, Rajenda Gupta.

A publikáció teljes terjedelmében és angol nyelven itt olvasható el.

Az új elmélet szerint:

• az univerzum gyorsuló tágulása nem való, hanem kozmikus illúzió,
• amit az úgynevezett kovariáló csatolási állandók,
• mint például a gravitáció erőssége és az elektromágnesesség időbeli változása okoz.