שימו לב, אנרגיה אפלה: טארדיס עשויה להיות הסיבה האמיתית לכך שהיקום מאיץ.
אזורים במרחב-זמן גדולים יותר מבפנים מאשר מבחוץ - בדיוק כמו דמות המדע הבדיוני Doctor Who's TARDIS (זמן וממד יחסי בחלל)מכונת זמן- יכול לעזור להסביר את ההתפשטות המואצת של היקום.
הבועות התיאורטיות הללו נקראות "אזורי טארדיס". הם לא הסבר מושלם לאופן שבו מתרחשת ההתרחבות, אבל הם צעד ראשון ביצירת מודל שקרוב יותר למציאות, אמרו תומכיו.
"הרעיון היה להשיג את ההוכחה העקרונית הזו, שזה אפשרי שאתה יכול לעשות את זה", אמר ל-SPACE.com Syksy Rasanen, מרצה לפיזיקה תיאורטית באוניברסיטת הלסינקי. "אנחנו לא טוענים שהחלק הפנימי של החור ריאלי, אבל זה הדגם הראשון שבו יש לנו פתרון מדויק שבו למבנים שמפוזרים באופן אקראי בחלל יש השפעה משמעותית על קצב ההתפשטות".
הקשה על האקסלרטור
היקום לא רק מתרחב, אלא הצמיחה שלו מואצת. ההבנה המדהימה הזו התרחשה ב-1998 לאחר ששתי קבוצות מחקר מדדו מרחקים קוסמיים באמצעותסופרנובות מסוג Ia, שלכולם יש בהירות מוחלטת דומות. סוג Ia נראה חלש יותר ככל שהוא רחוק יותר מכדור הארץ.
במקום שהכבידה תאט את העניינים כצפוי, היקום צמח בקצב מהיר יותר. הסבר פופולרי המוצע היום הוא כוח מסתורי שנקראאנרגיה אפלה, שמאמינים שהוא מהווה כמעט שלושה רבעים מהיקום. אף אחד לא יודע אילו חומרים יש באנרגיה אפלה, אבל התיאוריה המובילה מציעה שזה תכונה של החלל עצמו.
אנרגיה אפלה היא לא ההסבר היחיד שיש, עם זאת. אולי כוח המשיכה אינו מתנהג כפי שמדענים מצפים ממנו. במרחקים גדולים, אולי כוח הכבידה מאיץ את ההתפשטות במקום להאט אותה, או אולי התאוצה נובעת מהאופן שבו סוגים מסוימים של מבנים נוצרים.
הצוות של רסנן בוחן את האפשרות השלישית. המודל שלהם הניח שהפרעות קטנות במבנה היקום בגיל 10 מיליון שנה (גיל התחלתי שרירותי למודל, לדבריו) עשויות לשנות את צמיחת היקום בעוד כמה מיליארדי שנים. המטרה הייתה להבין טוב יותראיך היקום התפתחאם, כפי שהניח המודל, למבנים יש השפעה גדולה.
"במודל זה, בזמנים מוקדמים, החורים מתרחבים [באותו קצב] כמו הרקע, אך ככל שהיקום הופך מבוגר יותר ויותר, התפשטות החורים הופכת יותר ויותר", אמר רסנן. "קצב ההתרחבות גדול ממה שאתה מצפה."
גבינה שוויצרית קוסמולוגית
הצוות של Rasanen בנה על מודל קוסמולוגי שהוצע לראשונה על ידיאלברט איינשטייןוילם דה סיטר. במילים פשוטות, הוא מציג את היקום כהומוגני ברובו, אך מפולפל באזורים שונים מהרקע - כמעט כמו גבינה שוויצרית.
ברוב הווריאציות של המודל יש את האזורים והרקע גדלים באותו קצב, אבל הצוות של Rasanen הכניס משתנים כדי לגרום לאותם אי-הומוגניות לגדול באופן עצמאי. (מגבלה אחת של המודל היא שהאזורים אינם מקיימים אינטראקציה זה עם זה או ברקע, משהו שהחוקרים מתכננים להתייחס אליו בעתיד.)
"עם החורים בגבינה השוויצרית, בנינו אותם כך שהם מעוקלים במיוחד כך שהם מקבלים את קצב ההתרחבות שאנחנו רוצים", אמר רסנן. "למרות שאזורי הטארדיס שבהם השתמשנו אינם מציאותיים, התכונה שאזורים יכולים להיות בעלי נפח גדול מהצפוי בהתבסס על שטח הפנים שלהם היא תכונה כללית של כוח הכבידה."
"זהו ביטוי לכך שעל פיתורת היחסות הכללית, הגיאומטריה של החלל אינה אוקלידית", הוסיף, בהתייחס לסוג הגיאומטריה הנלמדת בכיתה טיפוסית בתיכון. "אזורים שונים של החלל מעוקלים בצורה שונה: לחלקם יש נפח קטן יותר מאשר במקרה האוקלידי, אחרים גדולים יותר. במקרה של המודל שלנו, יש לנו רק אזורים גדולים יותר. כשלוקחים מודל ריאלי, לא ברור אם האזורים הקטנים יותר מאזנים את האזורים הגדולים יותר".
הדגמה אחת של עקמומיות מרחב-זמן מתרחשת עם עדשת כבידה, תופעה המתרחשת כאשר מסה ענקית (כגון קבוצת גלקסיות) מכופפת את האור של כוכבים או גלקסיות מאחורי המסה מנקודת התצפית של כדור הארץ.
המחקר הוגש ל-Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ופורט באופן מקוון באתר ה-preprint Arxiv.
