A relativitáselmélet és a sötét energia
1980-ban jelent meg Vera Rubin amerikai csillagász cikke a galaxisok forgásával kapcsolatban. Rubin kimutatta, hogy a galaxis magjától távolabb keringő csillagok sebessége nem csökken úgy, ahogyan azt a Newton-törvények érvényesülése esetén elvárhatnánk. (Közismert, hogy a Naprendszerben a Naptól távolabbi bolygók keringési periódusa ugyanakkor jóval kisebb a Naphoz közelebbi bolygókéhoz képest.) A jelenség úgy magyarázható, ha a galaxisokat még kitölti valamilyen anyag. Az anyagot sötét anyagnak nevezték el, mivel napjainkig semmilyen megfigyelési módszerrel nem sikerült közvetlenül kimutatni. Gravitációs hatása azonban egyértelműen utal létezésére.
A sötét energia kérdése a világegyetem tágulásával függ össze. Néhány évvel ezelőtt váratlan felfedezést tettek a kozmológusok: kiderült, hogy az ősrobbanás óta táguló univerzum egyre gyorsabban fúvódik fel. De vajon mi okozza ezt a gyorsító hatást? A kérdés egyelőre nyitott, a keresett jelenség okozóját a csillagászok sötét energiának nevezték el. A sötét energia valóban csak egy elnevezés, nem ismert energiafajtáról van szó – hatása ugyanakkor ennek is megfigyelhető.
A világegyetem korai történetének alakulását vizsgáló WMAP műhold mérései arra utalnak, hogy az univerzum összetételének mintegy 74 százalékát a sötét energia, 22 százalékát pedig a sötét anyag alkotja. A maradék négy százalékból 3,6 százalékot képvisel a galaxisok közötti teret betöltő forró gáz, míg csupán 0,4 százalékot adnak a csillagok és más égitestek. A megdöbbentő arányok jól mutatják, mennyire keveset tudunk a világról, amelyben élünk. A csillagászok szó szerint a „sötétben” tapogatóznak…
Persze a helyzet nem teljesen kilátástalan, hiszen egyre több tudományos próbálkozás igyekszik magyarázatot találni a sötét anyag vagy a sötét energia mibenlétére. A feladat nem könnyű: magyarázatot kell találni arra, hogy a világegyetem (néhány szempontból) miért nem úgy viselkedik, ahogyan az a fizika ismert törvényei alapján elvárható lenne.
Az egyik legújabb elméletet Rachel Bean amerikai kozmológus állította fel. Einstein általános relativitáselméletéből indult ki, mely szerint a gravitáció a téridő görbült szerkezetével is leírható. A Hubble űrteleszkóp Cosmos (Cosmic Evolution Survey) nevű méréssorozatának adatait felhasználva 2007-ben Richard Massey amerikai csillagász kutatócsoportja arra a következtetésre jutott, hogy a gravitáció éppen azonos mértékben befolyásolja a teret és az időt, vagyis „görbíti” a téridő szerkezetét. (Ha a gravitáció begörbíti a teret, s ezért a testek gyorsulni kezdenek, megnő a sebességük, s így lelassul számukra az idő múlása.)
Bean azonban felvetette, hogy a gravitáció a teret és az időt korábban, évmilliárdokkal ezelőtt, másképpen is befolyásolhatta, vagyis hogy a téridő szerkezetének jelenlegi leírása csak napjainkban érvényes. A Cosmos-kutatások adatait ezen elgondolása alapján újraértelmezte, s azt találta, hogy 8 és 11 milliárd évvel ezelőtt a gravitáció az idő múlására valóban háromszor erősebben hatott, mint a tér görbültségére. Szerinte akkoriban egy megfigyelő ezt a különbséget nem észlelhette volna, mivel a jelenség csak nagy távolságokon volt megfigyelhető.
Ugyanakkor, ha a Bean által felvetett elgondolás bebizonyosodik, szükségessé válhat az általános relativitáselméletben leírt egyenletek módosítása. Viszont ha a fizikusok pontosítják a relativitáselmélet egyes egyenleteit, valószínűsíthető, hogy az univerzum tágulását ezek a módosítások már önmagukban megmagyarázzák, s nem is lesz szükséges a sötét energia létezésének feltételezése, míg a sötét anyag mibenlétéről is többet tudhatunk meg.
