Potrivit modelului standard al fizicii particulelor, universul este guvernat de patru forțe fundamentale: electromagnetismul, forța nucleară slabă, forța nucleară tare și forța gravitațională. Primele trei forțe sunt descrise de mecanica cuantică, iar gravitația este descrisă de teoria relativității generale a lui Einstein.
În mod surprinzător, gravitația este cea care prezintă cele mai mari provocări pentru fizicieni. În timp ce teoria descrie cu acuratețe modul în care gravitația funcționează pentru planete, stele, galaxii și roiuri de galaxii, ea nu poate fi aplicată perfect la orice scară.
Relativitatea generală a fost validată de mai multe ori în ultimul secol, însă o serie de lacune apar atunci când oamenii de știință încearcă să o aplice la scară cuantică și la universul ca întreg. Potrivit unui nou studiu condus de Universitatea Simon Fraser (Canada), o echipă internațională de cercetători a testat relativitatea generală la cea mai largă scară posibilă și a tras concluzia că teoria are nevoie de o serie de ajustări.
Potrivit ecuațiilor de câmp ale lui Einstein, universul nu a fost static și a trebuit să fie în stare de expansiune, altfel gravitația ar fi dus la contracția sa. Chiar dacă Einstein a rezistat inițial acestei idei și a propus o forță misterioasă care ține universul în echilibru (constanta cosmologică), observațiile lui Edwin Hubble au arătat că universul este în expansiune. Teoria cuantică prezice și ea că vidul spațiului cosmic este umplut cu un tip de energie care nu poate fi detectat, deoarece metodele convenționale pot măsura doar modificările stărilor energetice (nu întreaga cantitate de energie).
În anii 1990, noile observatoare, cum este Telescopul Spațial Hubble, au împins granițele astronomiei și cosmologiei. Cu ajutorul acestor instrumente, astronomii au putut observa obiectele cosmice situate la distanță de 13 miliarde de ani-lumină (sau la mai puțin de un miliard de ani după Big Bang). Spre surprinderea lor, astronomii au descoperit că, în ultimele patru miliarde de ani, rata expansiunii universului a crescut. Aceasta a dus la „problema vechii constante cosmologice”, în care gravitația este mai slabă la scară cosmologică sau există o forță misterioasă care determină expansiunea universului.
Existența energiei întunecate este parte a teoriei cosmologice standard denumite modelul Lambda Cold Dark Matter (LCDM) – unde lambda reprezintă constanta cosmologică/energia întunecată. Conform acestui model, densitatea de masă-energie a universului constă din 70% energie întunecată, 25% materie întunecată și 5% materie normală (vizibilă sau „luminoasă”). Deși acest model a corelat cu succes observațiile acumulate de cosmologi în ultimii 20 de ani, se presupune că cea mai mare parte a universului este compusă din forțe nedetectabile.
Aceste este motivul pentru care unii fizicieni susțin că relativitatea generală ar avea nevoie de unele modificări pentru a putea fi aplicată universului ca întreg. Mai mult, cu câțiva ani în urmă, astronomii au observat că măsurarea ratei de expansiune a universului în moduri diferite produce valori diferite.
Expansiunea universului. | Ilustrație: NASA/GSFC CONCEPTUAL IMAGE LAB
De dragul acestui studiu, autorii au utilizat un model static denumit interferența Bayesian, care calculează probabilitate unei teoreme pe măsură ce se acumulează mai multe date. Pornind de aici, echipa a simulat expansiunea cosmosului pe baza a trei parametri: datele despre radiația cosmică de fond de la satelitul Planck al Agenției Spațiale Europene, cataloage cu galaxii și supernove și predicțiile modelului LCDM.
Rezultatele au arătat câteva inconsecvențe în teoria lui Einstein, deși semnificația lor statistică era destul de redusă. S-a constatat că rezolvarea acestora este dificilă doar prin simpla modificare a teoriei gravitației, ceea ce sugerează că este necesară o altă forță sau că există erori în colectarea datelor. Dacă prima variantă ar fi adevărată, atunci este posibil ca această forță să fi existat la începuturile universului (la circa 370.000 de ani după Big Bang), când protonii și electronii s-au combinat pentru a crea atomii de hidrogen.
În ultimii ani au mai fost propuse și alte câteva teorii, de la o formă specială a materiei întunecate, la o formă primordială a energiei întunecate și până la câmpuri magnetice primordiale.
Sursa: Universe Today