Magyar kutatók szerint a sötét energia nélkül is megoldható az Einstein-egyenlet
|
2017. május 10. 08:39
2017. máj. 10. 08:39
Az Einstein által megalkotott általános relativitáselmélet nagyon leegyszerűsítve azt mondja ki, hogy a görbült téridő megmondja az anyagnak, hogy hogyan mozogjon, az anyag pedig a téridőnek, hogy hogyan görbüljön, miközben az Univerzum folyamatosan tágul. Einstein egyenlete az Univerzum tágulásáról matematikailag annyira bonyolult, hogy közel száz évig nem sikerült olyan megoldást találni, amelyik a kozmikus szerkezet hatásait is figyelembe veszi.
Az Univerzum fejlődésére vonatkozó tudásunk az elmúlt évtizedek alatt sokat változott. Volt idő, amikor azt hittük, hogy a Világmindenség a távcsövekkel megfigyelhető fénylő anyagból és ugyanolyan részecskék alkotta porfelhőkből áll.
Az elképzelés az volt, hogy a porfelhőkben a sűrűség-fluktuációk és a gravitáció hatására sűrűbb tartományok alakulnak ki, amelyekből csillagok jönnek létre, és a sok csillag a rendszer közös tömegközéppontja körül keringve, szintén a gravitáció hatására, galaxisokba tömörül.
Az ugyan furcsa volt, hogy a galaxis csillagai egy geometriai pont körül mozognak, ahol esetleg éppen semmi sincs, az viszont már érthetetlen is, hogy a galaxis peremvidékén mozgó csillagok olyan kerületi sebesség mellett hogy-hogy nem szakadtak ki a rendszerből. Ez az ellentmondás vezetett annak a feltételezésére, amit ma lényegében tényként kezelhetünk, hogy léteznie kell az Univerzumban olyan anyagfajtának, amelyik csak gravitációs kölcsönhatásba lép a közönséges anyaggal, és az Univerzum tömegének 23 %-át alkotja, szemben a közönséges anyag 4,6 %-ával. Ezt nevezzük sötét anyagnak. (68 %-ot tenne ki a sötét energia)
A Sztárklikk korábban két írásban is foglalkozott az Univerzumról vallott elképzeléseink alakulásával.
(Einstein után, félúton; Korai volt a Nobel-díj?) Ma már alapos a feltételezés, hogy az Univerzum első objektumai a kvazárok voltak, amelyek közepében egy-egy hatalmas fekete lyuk található, amelyik rendkívüli mennyiségű energiát bocsájt ki. A galaxisokról is kiderült, hogy szinte minden ismert galaxisnak van központi égiteste, a Nap tömegét több milliószorosan meghaladó tömegű fekete lyuk.
A korai Univerzumot kitöltő hagyományos és sötét anyag kezdetben közel egyenletes eloszlású volt, a "csomósodás" a fluktuációk és a gravitáció számlájára volt írható. Az utóbbi évtizedek mérései alapján kiderült, hogy a galaxisok nagy skálán tekintve nem egyenletes eloszlásúak, hanem habszerű szerkezetet alkotnak: a buborékok közti falakba, hosszú, elnyúlt szálakba (filamentumok), és halmazokba csoportosulnak.
Mint fentebb említettük, az Einstein-egyenletek általános esetben nem oldhatók meg egzaktul, ezért a kozmológusok közelítéseket alkalmaznak. Maga az általános relativitáselmélet természetesen érvényes, csupán az egyenletek megoldhatósága érdekében bevezetett egyszerűsítések lehetnek kérdésesek.
Az egyik, leggyakrabban alkalmazott közelítés annak a feltételezése, hogy az Univerzum, a galaxisok méretét sokszorosan meghaladó távolságskálákon homogénnek és izotrópnak (helytől és iránytól függetlennek) tekinthető. Ezzel az egyszerűsítéssel az egyenletek már megoldhatók.
Az elméleti eredmények jól egyeznek a megfigyelések többségével, de csak akkor, ha bevezetjük a teret egyenletesen kitöltő, a gravitációval ellentétes, taszító jellegű sötét energiát. Ennek a mibenlétéről sajnos egyelőre semmit sem tudunk, és nagy probléma, hogy földi laboratóriumokban a titokzatos energiának eddig semmi nyomát nem találták.
És persze nincs garancia a létezésére sem. Magyar kutatók, az ELTE Komplex Rendszerek Fizikája Tanszékén dolgozó Rácz Gábor és Beck Róbert PhD hallgatók, Dobos Lászlóval, Csabai Istvánnal és Szapudi Istvánnal, az University of Hawaii vendégprofesszorával közösen megkérdőjelezték, hogy létezik egyáltalán a sötét energia.
Álláspontjuk szerint az Univerzum gyorsuló tágulása másként is magyarázható. Feltevésük szerint, ha szemben a standard modellel, figyelembe vesszük a szemmel látható lokális struktúrákat, a tágulás léptékét alapvetően a lokális struktúrák sűrűsége határozza meg, és a megfigyelések során a különböző térrészek más-más léptékű tágulásának átlagát észleljük.
A magyar kutatók modellje, amikor figyelembe vették, hogy a különböző sűrűségű térrészek különbözőképpen, mini-univerzumokként, egymástól eltérő módon tágulnak, akkor a sötét energia bevezetése nélkül rekonstruálni tudták az Univerzum gyorsuló tágulását.
Az ELTE kutatóinak új elmélete bizonyos esetekben pontosabban egyezik a mérésekkel, mint más modellek, ugyanakkor mindazt tudja, mint a korábbiak. A kutatók azt remélik, hogy a modell továbbfejlesztésével, és a közeljövőben elvégzendő precízebb mérések segítségével az új modell még jobban alátámasztható lesz, és teljes egészében kizárható lesz a sötét energia létezése.
Az elképzelés az volt, hogy a porfelhőkben a sűrűség-fluktuációk és a gravitáció hatására sűrűbb tartományok alakulnak ki, amelyekből csillagok jönnek létre, és a sok csillag a rendszer közös tömegközéppontja körül keringve, szintén a gravitáció hatására, galaxisokba tömörül.
Az ugyan furcsa volt, hogy a galaxis csillagai egy geometriai pont körül mozognak, ahol esetleg éppen semmi sincs, az viszont már érthetetlen is, hogy a galaxis peremvidékén mozgó csillagok olyan kerületi sebesség mellett hogy-hogy nem szakadtak ki a rendszerből. Ez az ellentmondás vezetett annak a feltételezésére, amit ma lényegében tényként kezelhetünk, hogy léteznie kell az Univerzumban olyan anyagfajtának, amelyik csak gravitációs kölcsönhatásba lép a közönséges anyaggal, és az Univerzum tömegének 23 %-át alkotja, szemben a közönséges anyag 4,6 %-ával. Ezt nevezzük sötét anyagnak. (68 %-ot tenne ki a sötét energia)
A Sztárklikk korábban két írásban is foglalkozott az Univerzumról vallott elképzeléseink alakulásával.
(Einstein után, félúton; Korai volt a Nobel-díj?) Ma már alapos a feltételezés, hogy az Univerzum első objektumai a kvazárok voltak, amelyek közepében egy-egy hatalmas fekete lyuk található, amelyik rendkívüli mennyiségű energiát bocsájt ki. A galaxisokról is kiderült, hogy szinte minden ismert galaxisnak van központi égiteste, a Nap tömegét több milliószorosan meghaladó tömegű fekete lyuk.
A korai Univerzumot kitöltő hagyományos és sötét anyag kezdetben közel egyenletes eloszlású volt, a "csomósodás" a fluktuációk és a gravitáció számlájára volt írható. Az utóbbi évtizedek mérései alapján kiderült, hogy a galaxisok nagy skálán tekintve nem egyenletes eloszlásúak, hanem habszerű szerkezetet alkotnak: a buborékok közti falakba, hosszú, elnyúlt szálakba (filamentumok), és halmazokba csoportosulnak.
Mint fentebb említettük, az Einstein-egyenletek általános esetben nem oldhatók meg egzaktul, ezért a kozmológusok közelítéseket alkalmaznak. Maga az általános relativitáselmélet természetesen érvényes, csupán az egyenletek megoldhatósága érdekében bevezetett egyszerűsítések lehetnek kérdésesek.
Az egyik, leggyakrabban alkalmazott közelítés annak a feltételezése, hogy az Univerzum, a galaxisok méretét sokszorosan meghaladó távolságskálákon homogénnek és izotrópnak (helytől és iránytól függetlennek) tekinthető. Ezzel az egyszerűsítéssel az egyenletek már megoldhatók.
Az elméleti eredmények jól egyeznek a megfigyelések többségével, de csak akkor, ha bevezetjük a teret egyenletesen kitöltő, a gravitációval ellentétes, taszító jellegű sötét energiát. Ennek a mibenlétéről sajnos egyelőre semmit sem tudunk, és nagy probléma, hogy földi laboratóriumokban a titokzatos energiának eddig semmi nyomát nem találták.
És persze nincs garancia a létezésére sem. Magyar kutatók, az ELTE Komplex Rendszerek Fizikája Tanszékén dolgozó Rácz Gábor és Beck Róbert PhD hallgatók, Dobos Lászlóval, Csabai Istvánnal és Szapudi Istvánnal, az University of Hawaii vendégprofesszorával közösen megkérdőjelezték, hogy létezik egyáltalán a sötét energia.
Álláspontjuk szerint az Univerzum gyorsuló tágulása másként is magyarázható. Feltevésük szerint, ha szemben a standard modellel, figyelembe vesszük a szemmel látható lokális struktúrákat, a tágulás léptékét alapvetően a lokális struktúrák sűrűsége határozza meg, és a megfigyelések során a különböző térrészek más-más léptékű tágulásának átlagát észleljük.
A magyar kutatók modellje, amikor figyelembe vették, hogy a különböző sűrűségű térrészek különbözőképpen, mini-univerzumokként, egymástól eltérő módon tágulnak, akkor a sötét energia bevezetése nélkül rekonstruálni tudták az Univerzum gyorsuló tágulását.
Az ELTE kutatóinak új elmélete bizonyos esetekben pontosabban egyezik a mérésekkel, mint más modellek, ugyanakkor mindazt tudja, mint a korábbiak. A kutatók azt remélik, hogy a modell továbbfejlesztésével, és a közeljövőben elvégzendő precízebb mérések segítségével az új modell még jobban alátámasztható lesz, és teljes egészében kizárható lesz a sötét energia létezése.
