Húrelmélet: egyáltalán van-e helye benne a sötét energiának?

Paradigmaváltás következhet be a húrelméletben. a Harvard és a Caltech kutatói júniusban publikálták forradalmi feltevésüket: a húrelmélet állítólag alapvetően inkompatibilis a „sötét energiáról” alkotott jelenlegi ismereteinkkel – ám univerzumunk gyorsuló tágulását mégis csak a sötét energiával magyarázhatjuk.

Timm Wrase, a Bécsi Műszaki Egyetem kutatója hamar felfigyelt e feltevés egy furcsaságára: úgy tűnt, hogy inkompatibilis a Higgs-részecske létezésével. Számításait, melyeket a New Yorki Columbia Egyetem és a Heidelbergi Egyetem tudósainak segítségével végzett el, most a Physical Review-ban tették közzé. Pillanatnyilag világszerte heves viták folynak a húrelméletről és a sötét energiáról, Wrase pedig azt reméli, hogy ezek új áttörésekhez vezetnek e tudományterületen.

A mindenség elmélete

A húrelmélethez nagy reményeket fűznek a kutatók. Megmagyarázhatja, miképpen kapcsolódik a gravitáció a kvantumfizikához, és egységes keretbe foglalhatja mindazt, amit a fizikai világ egészét irányító természeti törvényekről tudhatunk – a legkisebb részecskéktől a legnagyobb kozmikus struktúrákig.

A húrelméletet gyakran vádolják azzal, hogy pusztán absztrakt matematikai eredményeket tud felmutatni, és feltevései nagy részét nem lehet kísérleti úton igazolni. Mostanság azonban a terület kutatói világszerte egy olyan kérdést vizsgálnak, amely szorosan kapcsolódik a világegyetem tágulását mérő kísérletekhez. 2011-ben a fizikai Nobel-díjat azért a felfedezésért ítélték oda, amely szerint az univerzum nem csak folyamatosan tágul, de ez a tágulás valójában egyre gyorsabb is.

E jelenségre pedig csakis egy mindez idáig ismeretlen „sötét energia” adhat magyarázatot. Az elképzelés még Albert Einsteinre vezethető vissza, aki általános relativitás-elméletébe bevezette az ún. kozmológiai állandót, bár ő valójában egy nem táguló univerzum modellezésére tette. Amikor azonban 1929-ben Hubble felfedezte, hogy a világegyetem valójában tágul, Einstein élete legnagyobb baklövésének nevezte az állandó bevezetését. Ám a kozmosz gyorsuló tágulásának felfedezésével ismét helyet kapott a jelenlegi standard kozmológiai modellben a kozmológiai állandó, immár sötét energiaként.

Alma a tálban

„Sokáig mindannyian úgy véltük, hogy a sötét energia jól beilleszthető a húrelméletbe” – fejtette ki Wrase.

A húrelmélet feltételezi olyan korábban nem ismert részecskék létezését, amelyek mezőkként írhatók le. E mezők minimális energiaállapottal rendelkeznek – akár egy tálban heverő alma. Mindig legalul, a tál legalacsonyabb pontján fog feküdni. Bárhol másutt magasabb lenne az energiája; ha el akarjuk mozdítani, erőt kell kifejtenünk hozzá. Ez azonban nem azt jelenti, hogy egyáltalán nincs energiája. Letehetjük a tálat az almával együtt a földre, vagy fel az asztalra – ahol több energiája lesz, de még mindig nem képes megmozdulni, minimális energiaállapotban marad.

„A húrelmélet szerint léteznek olyan mezők, amelyek hasonlóképpen magyarázhatják a sötét energiát – lokális szempontból minimális energiaállapotban vannak, de energiájuk nullánál több. Így e mezők biztosítanák az úgynevezett sötét energiát, amellyel megmagyarázhatjuk a világegyetem egyre gyorsuló tágulását.” 

Ám Cumrun Vafa a Harvardról, a világ egyik legelismertebb, húrelmélettel foglalkozófizikusa júniusban olyan cikket publikált, amelynek olvastán sokan felvonták a szemöldöküket. Azt fejtette ki, hogy e „tálszerű”, pozitív energiamezők létezése nem lehetséges a húrelmélet keretein belül.

A Higgs-mező ellentmondása

Wrase hamar ráébredt, hogy ez az állítás mit implikál: „Ha ez így van, a világegyetem gyorsuló tágulása nem lehetséges oly módon, ahogy eddig képzeltük. Egy egészen eltérő jellemzőkkel bíró mezővel kellene leírnunk, például ergy ferde síkhoz hasonlíthatnánk, amelyen egy labda lefelé gurulva potenciális energiát veszít.” Ez esetben azonban a „sötét energia” mennyisége idővel változna, és az univerzum gyorsuló tágulása egy szép napon megállhatna. Majd a gravitáció minden anyagot összehúzna és egy pontba koncentrálna, a Nagy Bummhoz hasonlóan.

Wrase, aki doktori disszertációjában is hasonló kérdésekkel foglalkozott, úgy találta, hogy ez az elképzelés sem fedheti teljesen a valóságot. Mint kifejtette, Vafa feltételezése olyan elemek létezését is kizárná, amelyekről ma már tudjuk, hogy léteznek – mint például a Higgs-mezőét, amit pedig kísérletileg bizonyítottnak fogadunk el. 2013-ban ennek felfedezése érdemelte ki a Nobel-díjat. Wrase eredményei azonnal parázs vitát robbantottak ki a húrelméleti közösségben, de mint meg van róla győződve:

„Ez a vita jó szolgálatot tesz a húrelméletnek. Hirtelen számosan álltak elő teljességgel új elképzelésekkel, amelyekre még senki sem gondolt azelőtt. Meglehet, hogy mindez új, izgalmas felfedezésekre vezet a sötét energiával kapcsolatban – ami hatalmas sikert jelentene.”

Hamarosan kísérleti úton is próbára teszik – legalábbis részben – az új hipotéziseket. Az elkövetkező években pontosabban tudjuk mérni majd az univerzum gyorsuló tágulását, mint valaha.

Forrás: Physical Review

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

3 hozzászólás

  1. E cikkben már csak egy helyesírási hibát találtam…
    Végre! Szépen fejlődnek!

    válasz küldése
  2. Nem csak a húrelmélettel van gond!
    Einstein téridő görbületével is. Ja meg a gravitációs állandóval is!

    válasz küldése

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.