ค่าคงที่ของจักรวาลคืออะไร?

ค่าคงที่จักรวาลนั้นน่าจะเป็นรูปแบบที่ลึกลับของสสารหรือพลังงานที่ทำหน้าที่ต่อต้านแรงโน้มถ่วงและได้รับการพิจารณาโดยนักฟิสิกส์หลายคนให้เทียบเท่ากับพลังงานมืด- ไม่มีใครรู้ว่าค่าคงที่ของจักรวาลคืออะไร แต่จำเป็นต้องใช้ในสมการจักรวาลเพื่อให้ทฤษฎีกระทบยอดกับการสังเกตของจักรวาลของเรา

ใครมากับค่าคงที่จักรวาล?

อัลเบิร์ตไอน์สไตน์นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน-อเมริกันที่มีชื่อเสียงมาพร้อมกับค่าคงที่จักรวาลซึ่งเขาเรียกว่า "ค่าคงที่สากล"ในปี 1915 เป็นวิธีการสร้างสมดุลระหว่างการคำนวณบางอย่างในทฤษฎีของเขาสัมพัทธภาพทั่วไป- ในเวลานั้นนักฟิสิกส์เชื่อว่าจักรวาลนั้นคงที่ - ไม่ขยายหรือหดตัว - แต่งานของ Einstein ชี้ให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงจะทำให้มันทำอย่างใดอย่างหนึ่ง ดังนั้นเพื่อให้ตาข่ายกับฉันทามติทางวิทยาศาสตร์ไอน์สไตน์แทรกปัจจัยเหลวไหลซึ่งแสดงด้วยจดหมายภาษากรีกแลมบ์ดาลงในผลลัพธ์ของเขาซึ่งทำให้จักรวาลยังคงอยู่

แต่อีกไม่กี่ทศวรรษต่อมานักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันเอ็ดวินฮับเบิลสังเกตเห็นว่ากาแลคซีกำลังเคลื่อนตัวออกไปจากเราจริง ๆ แล้วแสดงให้เห็นว่าจักรวาลกำลังขยายตัว ไอน์สไตน์เรียกแลมบ์ดาว่า "ความผิดพลาดที่ยิ่งใหญ่ที่สุด" ของเขา

ที่เกี่ยวข้อง:'ความผิดพลาดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ Einstein' อาจได้รับการแก้ไขในที่สุด

การสังเกตของฮับเบิลทำให้ไม่จำเป็นต้องมีค่าคงที่ทางดาราศาสตร์มานานหลายทศวรรษ แต่นั่นก็เปลี่ยนไปเมื่อนักดาราศาสตร์ตรวจสอบซุปเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกลในช่วงปลายทศวรรษ 1990 พบว่าจักรวาลไม่เพียง แต่ขยายตัว แต่ยังเร่งการขยายตัว พวกเขาตั้งชื่อกองกำลังต่อต้านแรงโน้มถ่วงลึกลับที่จำเป็นในการอธิบายปรากฏการณ์นี้ "พลังงานมืด-

ในปี ค.ศ. 1920 อเล็กซานเดอร์ฟรีดมันน์นักฟิสิกส์รัสเซียได้พัฒนาสมการซึ่งปัจจุบันเรียกว่าสมการฟรีดแมนน์ซึ่งอธิบายคุณสมบัติของจักรวาลจากบิ๊กแบงเป็นต้นไปตามการสอนออนไลน์จากมหาวิทยาลัยรัฐจอร์เจีย-

ด้วยการปัดฝุ่นแลมบ์ดาของไอน์สไตน์ออกและเสียบเข้ากับสมการฟรีดแมนน์นักวิจัยสามารถสร้างแบบจำลองจักรวาลได้อย่างถูกต้อง - นั่นคือด้วยอัตราการขยายตัวเร่งความเร็ว ตอนนี้สมการ Friedmann รุ่นนี้กลายเป็นกระดูกสันหลังของทฤษฎีจักรวาลร่วมสมัยซึ่งเป็นที่รู้จักกันในชื่อλcdm (Lambda CDM ซึ่ง CDM ย่อมาจากสสารมืดเย็น) และบัญชีสำหรับองค์ประกอบที่เป็นที่รู้จักทั้งหมดของความเป็นจริง

แล้วหมายเลขวิเศษนี้คืออะไร?

อย่างไรก็ตามไม่มีใครเข้าใจอย่างแท้จริงว่าแลมบ์ดาคืออะไร นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่พิจารณาว่าใช้แทนกันได้ด้วยแนวคิดของพลังงานมืด แต่นั่นไม่ได้ทำให้สิ่งต่าง ๆ ชัดเจนขึ้นเพราะพลังงานมืดเป็นเพียงตัวยึดตำแหน่งที่อธิบายถึงสารต่อต้านแรงโน้มถ่วงที่ไม่รู้จัก ดังนั้นเราจึงกลับไปใช้ปัจจัยเหลวไหลของ Einstein

คำอธิบายที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งสำหรับค่าคงที่ของจักรวาลอยู่ในขอบเขตของฟิสิกส์อนุภาคสมัยใหม่ การทดลองได้ตรวจสอบว่าพื้นที่ว่างถูกแทรกซึมโดยอนุภาคเสมือนจริงนับไม่ถ้วนโผล่เข้าและออกจากการดำรงอยู่อย่างต่อเนื่อง การกระทำที่ไม่หยุดหย่อนนี้สร้างสิ่งที่เรียกว่า "พลังงานสูญญากาศ" หรือแรงที่เกิดขึ้นจากพื้นที่ว่างเวลาอวกาศที่สามารถแยกจักรวาลออกจากกัน

แต่การเชื่อมต่อพลังงานสูญญากาศเข้ากับค่าคงที่ของจักรวาลไม่ได้ตรงไปตรงมา จากการสังเกตของซุปเปอร์โนวานักดาราศาสตร์คาดการณ์ว่าพลังงานมืดควรมีค่าเล็กและสงบเพียงพอที่จะผลักดันทุกอย่างในจักรวาลออกจากกันหลายพันล้านปี

แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์พยายามคำนวณปริมาณพลังงานที่ควรเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคเสมือนจริงพวกเขาจะได้ผลลัพธ์ที่มีขนาด 120 คำสั่งมากกว่าที่ข้อมูลซูเปอร์โนวาแนะนำ

ที่เกี่ยวข้อง:การทำนายเชิงทฤษฎีที่เลวร้ายที่สุดในประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์

เพื่อเพิ่มปริศนาลงไปในปริศนานักวิจัยบางคนได้เสนอว่าค่าคงที่ของจักรวาลอาจไม่คงที่เลย แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงหรือผันผวนตามเวลา ทฤษฎีนี้เรียกว่าแก่นสารและบางโครงการเช่นการสำรวจพลังงานมืดขณะนี้กำลังทำการสังเกตที่แม่นยำเพื่อดูว่ามีการสนับสนุนเชิงสังเกตการณ์หรือไม่

ในระหว่างนี้นักจักรวาลวิทยาจะยังคงใช้แลมบ์ดาต่อไป พวกเขาอาจไม่รู้ว่ามันคืออะไร แต่พวกเขารู้ว่าพวกเขาต้องการมันเพื่อให้จักรวาลมีเหตุผล

ทรัพยากรเพิ่มเติม-

• ตรวจสอบหน้าของนาซ่าเกี่ยวกับค่าคงที่จักรวาล-
• เห็นคำอธิบายทางเทคนิคของความหนาแน่นพลังงานสูญญากาศจาก UCLA
• ช่อง YouTubeminutephysicsอธิบายความผิดพลาดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ Einsteinที่นี่.