U svijetu teoretske fizike postoji jaz toliko golem da ga znanstvenici često nazivaju najgorim predviđanjem u povijesti znanosti. Riječ je o problemu kosmološke konstante, točki u kojoj se dvije temeljne discipline moderne fizike — opća relativnost i kvantna mehanika — potpuno raziđu. Dok jedna opisuje svemir u golemoj razmjeri, druga istražuje najsitnije čestice, a njihov sudar rezultira brojkom koja prkosi svakoj logici i intuiciji.
Sadržaj...
Što je zapravo kosmološka konstanta i kako je nastala?
Da bismo razumjeli dubinu ovog problema, prvo moramo definirati samu kosmološku konstantu. Albert Einstein uveo ju je u svoje jednadžbe opće relativnosti s vrlo specifičnim ciljem. U vrijeme kada je razvijao svoju teoriju, prevladavalo je uvjerenje da je svemir statičan, odnosno da se ne širi niti skuplja. Kako bi njegove matematičke jednadžbe odgovarale tom stanju, Einstein je dodao konstantu koja bi djelovala kao protuteža gravitaciji, sprječavajući svemir da se uruši u samu sebe.
Međutim, kada je Edwin Hubble zapazio da se galaksije zapravo udaljavaju od nas, postalo je jasno da se svemir širi. Einstein je tada svoju konstantu nazvao „najvećom pogreškom“ svog života i pokušao ju je ukloniti iz svojih jednadžbi. No, povijest znanosti često donosi neočekivane preokrete. Decenijama kasnije, otkrili smo da je Einstein, iako iz pogrešnih razloga, zapravo dotaknuo jednu od najdubljih tajni prirode.
Danas znamo da se svemir ne samo širi, već da se taj proces ubrzava. Ta ubrzana ekspanzija pripisuje se energiji vakuuma, poznatijoj kao tamna energija, koju matematički predstavljamo upravo kao kosmološku konstantu. Ona djeluje kao neka vrsta potisne sile koja gura galaksije jednu od druge, pobjeđujući gravitacijsko privlačenje na velikim udaljenostima.
Kvantni vakuum i matematički kolaps
Problem zapravo počinje u trenutku kada u sliku uvrstimo kvantnu teoriju polja. Prema kvantnoj mehanici, vakuum uopće nije prazan prostor. On nije „ništa“, već zapravo dinamičan ocean energije u kojem neprestano, u djelovima sekunde, nastaju i nestaju virtualne čestice. Te čestice pojavljuju se u parovima i odmah se anihiliraju, ali ostavljaju za sobom mjerljivu energiju.
Ta energija vakuuma mora imati gravitacijski učinak, što znači da bi trebala izravno utjecati na brzinu širenja svemira. Kada fizičari pokušaju izračunati gustoću te energije koristeći standardne kvantne modele, dobivaju broj koji je nevjerojatno velik. Razlika između ovog teoretskog izračuna i onoga što astronomi zapravo promatraju kroz teleskope iznosi nevjerojatnih 10¹²⁰.
To je broj s 120 nulama. Da bi se stekla predstava o razmjeru ove pogreške, to je kao da predvidite težinu jednog zrna pijeska, a zapravo izmjerite težinu cijelog vidljivog svemira. Ovakav nesklad u znanosti je gotovo nečuven i ukazuje na to da nam nedostaje nešto ključno u razumijevju zakona prirode.
Kako fizika pokušava riješiti ovaj apsurd?
Pitanje koje se nameće je: zašto naš svemir nije trenutno eksplodirao ili se urušio pod težinom te ogromne energije? Postoji nekoliko teorijskih smjerova kojima znanstvenici pokušavaju objasniti ovaj fenomen:
- Teorija supersimetrije: Predlaže postojanje novih čestica koje bi mogle imati negativnu energiju, čime bi se energija vakuuma djelomično poništila i približila promatranim vrijednostima.
- Koncept multiverzuma: Neki fizičari vjeruju da živimo u jednom od beskrajnog broja svemira. U većini njih bi energija vakuuma bila prevelika za život, ali mi se nalazimo u onom rijetkom svemiru gdje je konstanta dovoljno mala da dopusti formiranje zvijezda i galaksija.
- Kvantna gravitacija: Mnogi smatraju da je problem u samom pokušaju spajanja opće relativnosti i kvantne mehanike. Rješenje bi moglo ležati u nov
