Vesolje je morda veliko starejše, kot mislimo

Po danes najbolj uveljavljenih znanstvenih ocenah je vesolje staro približno 13,8 milijarde let.

Toda kanadska znanstvenika zagovarjata precej drugačno teorijo: vesolje naj bi bilo skoraj še enkrat starejše – staro kar 26,7 milijarde let, za razlago njegovega razvoja pa naj ne bi potrebovali niti temne snovi niti temne energije.

Njuna teorija je zdaj uspešno prestala pomemben računski preizkus skladnosti s standardnimi napovedmi, vendar je do njenega splošnega sprejetja še zelo daleč.

Vesolje nima enega samega modela

Kako je bilo videti vesolje v prvih minutah po velikem poku, ne moremo neposredno opazovati.

Toda zgodnje vesolje je za seboj pustilo sledi, ki jih lahko merimo še danes. Na njihovi podlagi znanstveniki precej zanesljivo rekonstruirajo pomembne dele njegove zgodovine.

Na podlagi teh spoznanj oblikujejo matematične modele vesolja, ki jih pogosto preverjajo tudi z zahtevnimi računalniškimi izračuni in simulacijami.

Nato primerjajo njihove napovedi z resničnim vesoljem, ki ga opazujemo s teleskopi in drugimi instrumenti.

To so nekateri najpomembnejši preizkusi, ki jih mora prestati vsak kozmološki model. Čim več različnih in med seboj neodvisnih opazovanj lahko uspešno pojasni, tem prepričljivejši je. Vendar ujemanje z opazovanji še ne pomeni, da je model dokončno pravilen.

Večina znanstvene skupnosti danes sprejema tako imenovani standardni kozmološki model, imenovan ΛCDM.

Po tem modelu se je vesolje pred približno 13,8 milijarde let nahajalo v izjemno vročem in gostem stanju, iz katerega se je širilo in razvijalo do današnje podobe.

Med njegovim razvojem so nastale galaksije, zvezde, planeti in drugi objekti, ki jih lahko danes opazujemo.

Poleg običajne snovi pa model vključuje tudi temno snov, ki je ne vidimo neposredno, vendar na njen obstoj sklepamo iz gravitacijskih učinkov, ter temno energijo, še nepojasnjeno sestavino modela, povezano s pospešenim širjenjem vesolja.

Kako se alternativni model vesolja razlikuje od standardnega?

Rajendra Gupta in Nikolaos Samaras z Univerze v Ottawi pa razvijata alternativni model vesolja, poimenovan CCC+TL, ki se precej razlikuje od standardnega modela.

Kot poroča znanstveni portal Phys.org, njun model predvideva, da se z razvojem vesolja spreminjajo tudi nekatere temeljne fizikalne količine, ki jih danes obravnavamo kot konstante oziroma nespremenljive vrednosti.

Med njimi so svetlobna hitrost, gravitacijska konstanta ter Planckova in Boltzmannova konstanta.

Model poleg širjenja vesolja vključuje še domnevo, da svetloba med potovanjem izgublja energijo zaradi dodatnega fizikalnega mehanizma.

Standardni model zmanjševanje energije svetlobe pojasnjuje s širjenjem vesolja, alternativni model pa predvideva še dodaten učinek, znan kot "utrujena svetloba".

S takšno razlago poskušata raziskovalca pojasniti pojave, ki jih standardni model pripisuje temni snovi in temni energiji.

Preizkus, ki sega v prve minute vesolja

Raziskovalca sta v študiji, objavljeni v znanstveni reviji Universe, preverila, ali njun model lahko pojasni nastanek prvih kemičnih elementov.

To je eden od omenjenih pomembnih preizkusov modela vesolja.

Po teoriji velikega poka, ki jo v prilagojeni obliki upošteva tudi model Guptaja in Samarasa, je bilo vesolje na začetku izjemno vroče in gosto.

Ko se je začelo širiti in ohlajati, so se v prvih minutah oblikovala jedra najlažjih kemičnih elementov, predvsem vodika in helija, pa tudi majhne količine drugih lahkih jeder.

Ta proces znanstveniki imenujejo prvotna nukleosinteza.

Zakaj je napoved količin prvotnih kemičnih elementov tako pomemben preizkus kozmoloških modelov?

Ker je količina nastalih elementov odvisna od razmer v zgodnjem vesolju, zlasti od njegove temperature, gostote in hitrosti širjenja. Če bi se vesolje ohlajalo drugače, bi se lahko spremenila tudi razmerja med nastalimi elementi.

Znanstveniki lahko danes na podlagi astronomskih opazovanj ocenijo prvotne količine nekaterih lahkih elementov in jih primerjajo z napovedmi različnih kozmoloških modelov.

Gupta in Samaras sta pri svojih izračunih ugotovila, da lahko ob določenih predpostavkah dobita praktično enake rezultate kot standardni kozmološki model.

To pomeni, da njuna teorija oziroma model vesolja vsaj pri tem računskem preizkusu ni v očitnem nasprotju z uveljavljenimi izračuni nastanka lahkih elementov.

Ena od predpostavk njunega modela je usklajeno spreminjanje nekaterih fizikalnih procesov.

Počasnejše ohlajanje zgodnjega vesolja bi namreč samo po sebi spremenilo količine nastalih elementov.

Če pa se sorazmerno spremenijo tudi hitrosti ustreznih jedrskih in drugih reakcij, lahko končna razmerja ostanejo enaka.

Njuni rezultati torej kažejo, da je takšen scenarij matematično mogoč.

To pa še ne dokazuje, da so predpostavke o spreminjanju fizikalnih konstant pravilne.

Raziskovalca sta predvsem pokazala, da lahko njun model ob določenih pogojih ponovi rezultate standardnega izračuna, ne pa da bolje pojasnjuje nova astronomska opazovanja.

Kot pojasnjuje Gupta v predstavitvi raziskave, ki jo je objavila Univerza v Ottawi, mora vsak nov kozmološki model prestati več temeljnih preizkusov, ne zgolj pojasniti posameznih astronomskih opažanj.

Bi starejše vesolje lažje pojasnilo zgodnje galaksije?

Eden od razlogov za razvoj alternativnih modelov, kot je CCC+TL, so tudi opažanja vesoljskega teleskopa James Webb.

Ta je odkril zelo oddaljene galaksije, ki so bile že v zgodnjem vesolju presenetljivo razvite. Njihov nastanek in hitra rast sta za astronome pomembni raziskovalni vprašanji.

Gupta in Samaras menita, da bi njun model lahko pojasnil te galaksije, če bi ponudil več časa za njihov nastanek.

Izračunala sta, da bi njihov nastanek lahko pojasnili, če bi bilo vesolje še enkrat tako staro kot menijo danes. Namesto 13,8 kar 26,7 milijarde let.

V takšnem vesolju bi se namreč nekatere galaksije, ki jih danes opazujemo kot zelo zgodnje, lahko razvijale precej dlje, kot dopušča trenutna razlaga njihove starosti.

Toda to še ne pomeni, da standardni model teh galaksij ne more pojasniti. Njihove lastnosti in razvoj so še vedno predmet raziskav, nove meritve pa lahko spremenijo tudi ocene njihove mase in starosti.

Bo novi model izpodrinil sedanjega?

Nova raziskava seveda ne dokazuje, da je vesolje staro 26,7 milijarde let, niti da temna snov in temna energija ne obstajata.

Pokazala je, da je mogoče alternativni model ob določenih predpostavkah uskladiti z enim od pomembnih računskih preizkusov zgodnjega vesolja.

Standardni kozmološki model, ΛCDM, za zdaj ostaja najuspešnejši celovit opis vesolja. Njegove napovedi podpira veliko različnih in med seboj neodvisnih astronomskih meritev.

A tudi ta model ni brez odprtih vprašanj.

Znanstveniki tako na primer še ne vedo, kaj natančno sta temna snov in temna energija, prav tako ostajajo nekatere "napetosti" med različnimi meritvami, ki kažejo na njun obstoj.

Vendar to še ni dokaz, da ju lahko preprosto odstranimo iz opisa vesolja.

Ali bo model Guptaja in Samarasa nekoč resna alternativa uveljavljeni kozmologiji, bo odvisno predvsem od tega, ali bo uspešno prestal tudi druge, neodvisne preizkuse.