No tumšās enerģijas jēdziena nekur nespruksim

“Šā gada Nobela prēmija fizikā otrdien piešķirta diviem amerikāņu zinātniekiem – Solam Perlmateram un Ādamam Rīsam, kā arī austrāliešu pētniekam Braienam Šmitam par pārnovu jeb supernovu pētījumiem. “Viņi pētījuši vairākus desmitus eksplodējošo zvaigžņu, kas tiek dēvētas par pārnovām, un atklājuši, ka Visums izplešas ar pieaugošu ātrumu,” teikts Nobela prēmijas komitejas paziņojumā, piebilstot, ka zinātnieku atklājumi mainījuši cilvēces priekšstatus par Visuma uzbūvi. [..] Tiek uzskatīts, ka Visuma izplešanās paātrinājuma dzinējs varētu būt mistiska lieta, kas tiek saukta par tumšo enerģiju, kura veido trīs ceturtdaļas Visuma.”

LETA, 4. oktobris

Visums izplešas. Zinātnieki dzīvo ar šo atziņu jau 80 gadu, var teikt, ka šis priekšstats ir kļuvis par mūsu pasaules uzskata sastāvdaļu. Saskaņā ar vispārpieņemto teoriju, izplešanās sākusies Lielā sprādziena brīdī pirms aptuveni 13,7 miljardiem gadu un turpinās vēl šobaltdien. Līdz šim likās pašsaprotami, ka izplešanās kļūst lēnāka, jo Visumā ir pietiekami daudz galaktiku, kas pievelkas cita pie citas, to savstarpējā attālināšanās kļūst lēnāka. Tāpēc var saprast astronomu pārsteigumu un sākotnējo neticību, kad 1998. gadā, novērojot tālu zvaigžņu uzliesmojumus, tika konstatēts, ka Visums izplešas PAĀTRINĀTI. Lasītājs varētu vaicāt – nu un kas tur liels? Agrāk domāja, ka Visums palēninās, tagad domā, ka paātrinās. Tomēr ir principiāla atšķirība. Paātrināta izplešanās nozīmē, ka iepriekšējie Visuma nākotnes scenāriji (mūsu priekšstati par to, kas notiks ar pasauli) ir nepareizi.

Ir īpaša veida uzliesmojošās zvaigznes – Ia tipa pārnovas, kas vienmēr izsviež vienādu daudzumu enerģijas. Tas padara šīs zvaigznes par piemērotiem “standarta gaismas avotiem”. Izmērot zvaigznes redzamo spožumu, var noteikt, cik lielā attālumā tā atrodas (jo zvaigzne vājāk spīd, jo tālāk tā atrodas). Gaismai vajadzīgs ilgs laiks (šo pārnovu gadījumā vairāki miljardi gadu), lai sasniegtu mūs, līdz ar to pārnovas rāda, kā Visuma izplešanās notika visai tālā pagātnē. Pārnovu novērojumu datu novirze no pieņemtās izplešanās teorijas arī lika izdarīt secinājumu par Visuma paātrinātu izplešanos.

Ja izplešanās notiek paātrināti, tad tam ir kāds cēlonis. Tika izvirzīta ideja, ka “vaininieks” ir tumšā enerģija – hipotētiska enerģijas forma, kas aizpilda Visumu un darbojas tā, ka paātrina Visuma telpas izplešanos. Pirms pāris gadiem vaicāju britu astrofiziķim Robertam Nikolam, cik lielā mērā viņš ir pārliecināts par tumšās enerģijas pastāvēšanu? Viņš atbildēja, ka par 99%, jo, neskaitot pārnovu novērojumus, tumšajai enerģijai ir arī citi pierādījumi. Tās pastāvēšana izriet arī no galaktiku izvietojuma mērījumiem, reliktā starojuma (Visuma “sākotnes” starojuma, kas mūsdienās novērojams mikroviļņu diapazonā) izpētes un citiem faktiem. Saskaņā ar Einšteina slaveno formulu E = mc2, kas saista masu un enerģiju, tumšā enerģija veido 73% no visas Visumā esošās enerģijas. 

Bet ar ideju bija par maz, vairākus gadus teorētiķi meklēja teoriju, kas izskaidrotu tumšās enerģijas rašanos, līdz apstājās pie divām – kosmoloģiskās konstantes un kvintesences. Abas koncepcijas ir visai sarežģītas, šeit pateiksim tikai, ka kosmoloģiskā konstante fizikāli saistāma ar vakuuma enerģiju. Jā, jā, arī tukšumam ir enerģija! Šajā sakarā zinātnieki runā par tādu grūti uztveramu lietu kā vakuuma negatīvo spiedienu, kas izraisa atgrūšanos. Tumšā enerģija telpā izvietota ļoti vienmērīgi, bet tās blīvums ir tik niecīgs, ka pagaidām nav ideju, kā to varētu konstatēt laboratorijā. Tā spēj ietekmēt Visuma izplešanos tikai ļoti lielos telpas mērogos, tā nespēj atstumt, piemēram, Mēnesi no Zemes. Starp citu, visu cieņu Albertam Einšteinam, kurš, lai arī citā nolūkā, savos vienādojumos iekļāva kosmoloģisko konstanti. Pēc tam viņš to nosauca par sava mūža lielāko kļūdu, bet pēc 80 gadiem var izrādīties, ka viņam ir bijusi taisnība!

Izskatās, ka no tumšās enerģijas jēdziena turpmāk nekur nespruksim un to nāksies pakāpeniski iekļaut savā pasaules uztverē. Bet kā tumšās enerģijas pastāvēšana ietekmēs Visuma nākotni? Te idejas variē no nebūtiskas ietekmes līdz dramatiskai – Visums beigās var tikt “saplēsts gabalos”! Jebkurā gadījumā tuvākajos miljardos gadu (un mums un mūsu bērnu bērniem ar to pietiks) nekādas būtiskas pārmaiņas nav gaidāmas. Visums turpinās izplesties, tajā veidosies zvaigznes un sadursies galaktikas... Viss ritēs savu gaitu. Scenāriju atšķirības sāks izpausties tikai pēc vairākiem simtiem miljardu gadu. Vienā pieļaujamā kvintesences gadījumā, kas aplūko t.s. fantomu enerģiju, Visuma izplešanās paātrināsies tik strauji, ka gravitācija vairs nespēs saturēt kopā debess ķermeņus. Sākumā galaktikas atdalīsies cita no citas, tad tiks sarauta gabalos mūsu Piena Ceļa galaktika, vēlāk arī Saules sistēma. Beigās ies bojā kā planētas, tā atomi. To sauc par Lielā plēsuma (Big Rip) teoriju.

Protams, šīs prognozes jāvērtē piesardzīgi, jo jaunas zinātnes atziņas var likt tās pārskatīt. Šādos gadījumos es parasti atsaucu atmiņā zīmējumu no 19. gadsimta astronomijas popularizētāja Kamila Flamariona grāmatas, kurā parādīti divi apskāvušies skeleti uz mūžīgā sasaluma pārņemtās Zemes. Tolaik likās, ka Saule atdzisīs un mūsu planēta sasals, citādi nemaz nevar būt...