We Wszechświecie prawdopodobnie nie ma żadnej ciemnej energii, która każe mu się rozszerzać. Przyczyna jego pęcznienia jest inna - przekonuje grupa fizyków teoretycznych.

Pytanie, co rozpycha Wszechświat na boki i dlaczego to zjawisko nabiera tempa, od lat spędza sen z powiek kosmologom. Większość z nich wierzy, że przestrzeń zdominowana jest przez tajemniczą formę energii - tzw. ciemną energię. W przeciwieństwie do siły grawitacji, która przyciąga obiekty obdarzone masą, ciemna energia miałaby je odpychać, czyli - mówiąc językiem specjalistów - wywierać ujemne ciśnienie grawitacyjne.

W 2002 roku grupa fizyków opublikowała w "Physical Review Letters" wyniki dziesięcioletnich obserwacji astronomicznych prowadzonych w ramach programu Cosmic Lens All Sky Survey. Naukowcy szukali soczewek grawitacyjnych, czyli masywnych ciał, które zakrzywiają bieg promieni świetlnych. Porównując rozmieszczenie tych soczewek z najbardziej aktualnymi mapami galaktyk, doszli do wniosku, że większość energii we Wszechświecie ma formę ciemnej energii.

Grawitacja grawitacji nierówna

Minęły trzy lata od tamtej publikacji i to samo prestiżowe czasopismo drukuje w swoim najnowszym, lutowym numerze pracę, której autorzy podważają jakąkolwiek potrzebę istnienia ciemnej energii we Wszechświecie. Artykuł opublikował zespół młodych fizyków teoretycznych pracujących w laboratorium Fermilab w USA i University College w Londynie. Twierdzą oni, że wcale nie trzeba uciekać się do tajemniczej formy energii, żeby wytłumaczyć coraz większe tempo rozszerzania się Wszechświata. Gdyby młodzi teoretycy mieli rację, w kosmologii zanosiłoby się na sporą rewolucję.

Trójka autorów - Olga Mena, José Santiago i Jochen Weller - wyliczyła, że coraz większe tempo puchnięcia Wszechświata można wyjaśnić, jeśli się przyjmie, że grawitacja w nim nie jest stała. Prowadząc swoje teoretyczne rozważania, fizycy zmodyfikowali nieco prawo powszechnego ciążenia. Założyli zatem, że siła grawitacji praktycznie się nie zmienia na małych odległościach obejmujących np. Układ Słoneczny - nadal jest wprost proporcjonalna do iloczynu dwóch przyciągających się mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości pomiędzy nimi. Grawitacja słabnie natomiast w przypadku olbrzymich odległości porównywalnych z rozmiarami widzialnego kosmosu. Na tych niewyobrażalnie dużych dystansach widać dopiero, że nasz Wszechświat pęcznieje coraz szybciej.

Z gotowymi założeniami w ręku badacze rozpoczęli żmudne obliczenia mające potwierdzić ich hipotezę. Korzystali z modelu matematycznego, który sami opracowali. Następnie porównali wyniki symulacji komputerowych z danymi eksperymentalnymi. W tym celu sięgnęli po rezultaty obserwacji gwiazd supernowych typu Ia, dzięki którym zmierzono wcześniej tempo rozszerzania się Wszechświata.

Ta weryfikacja wypadła pomyślnie dla młodych badaczy. - Zgodność pomiędzy naszą teorią, zakładającą, przypomnijmy, że prawo powszechnego ciążenia działa odmiennie dla małych i dla dużych odległości, a rzeczywistością była zaskakująco duża nawet dla nas - cieszy się José Santiago.

Energia zbędna, ale tylko jeśli jest materia

Pewnym mankamentem modelu jest jednak to, że działa on prawidłowo tylko wtedy, gdy uwzględnia istnienie ciemnej materii, której - jak wiadomo - do dziś nie udało się zaobserwować. W przeciwnym razie obliczenia przestają się zgadzać i cała misterna konstrukcja teoretyczna rozpada się na kawałki.

W teoretycznych rozważaniach fizyków ciemna energia i ciemna materia są w pewnym sensie swoim przeciwieństwem. Pierwsza ma rozdmuchiwać Wszechświat, coraz szybciej odpychając od siebie galaktyki. Druga natomiast ma zapobiegać rozpadnięciu się poszczególnych galaktyk, nie pozwala bowiem uciec w siną dal ciałom niebieskim, z których się składają.

Trudno sobie wyobrazić istnienie Wszechświata bez czegoś, co trzyma go w "garści". Planety krążą wokół Słońca sczepione niewidocznymi wiciami siły grawitacji. Gdyby go zabrakło, poszybowałyby w przestrzeń kosmiczną. Podobnie byłoby również z galaktykami krążącymi wokół centralnego punktu.

Wiele lat temu astronomowie doszli jednak do wniosku, że galaktyki powinny już dawno temu rozpaść się na kawałki, gdyby składały się tylko z tej materii, którą widać, jest jej bowiem zbyt mało, aby wytworzyć odpowiednio silną grawitację. Uczeni uznali więc, że galaktyki składają się również z tzw. ciemnej materii, czyli takiej, której nie widać. Jak dotąd nie udało się jej wykryć, mimo to astronomowie dość zgodnie przyjmują, że ona istnieje. Również Mena, Santiago i Weller dodali tę niewidoczną masę do swojego modelu, przyjmując, że stanowi ona od 79 do 93 proc. całej materii Wszechświata. - I wtedy okazało się, że istnienie ciemnej energii nie jest już konieczne, by wytłumaczyć jego przyspieszone rozszerzanie. Wystarczy, że na dużych dystansach grawitacja będzie słabsza niż na małych. Żadne prawa fizyczne nie przeczą takiemu rozwojowi wypadków - podkreśla Santiago.