Kommer universum att växa för evigt, eller kommer det så småningom att bli en liten fläck?
En artikel som publicerades i juni tyder på att oändlig expansion inte är möjlig, och detta har väckt hela fysiksamhället mycket.
"Människor reagerar mycket känslomässigt eftersom om detta upptäcks och bevisas kommer det att bli imponerande," sade Timm Vraze, en fysiker vid Wiens tekniska universitet.
Nu har Vraze och hans kollegor publicerat en separat studie som motverkar den föregående artikeln. Detta innebär att teorin om ett ständigt expanderande universum ännu inte kan uteslutas.
Mörk energi och rymdutvidgning
Vårt universum är genomsyrat med en enorm osynlig kraft som verkar motsätta sig allvar. Fysiker kallar denna kraft mörk energi. Det tros att det är hon som ständigt "skjuter" vårt universum utåt och väcker expansion.
Men i juni publicerade en grupp fysiker ett papper som hävdade att mörk energi förändras över tid. Detta innebär att universum inte kommer att expandera för evigt, men kan så småningom kollapsa till den storlek som det var före Big Bang.
Kampanjvideo:
Nästan omedelbart upptäckte fysiker teoriens brister: flera oberoende grupper publicerade därefter artiklar som föreslog korrigeringar av hypotesen. Artikeln, som publicerades 2 oktober i tidskriften Physical Review D, säger att den ursprungliga hypotesen inte kan rättfärdigas eftersom den inte kan förklara förekomsten av Higgs boson, som vi vet från den stora Hadron Collider som finns. Icke desto mindre, enligt Vraze, som medförfattare av denna artikel, med några teoretiska justeringar, kan hypotesen om ett kollapsande universum fortfarande vara livskraftig.
Hur förklarar vi allt som någonsin har funnits?
Stringteori, ibland kallad teorin om allt, är en matematiskt elegant men experimentellt obevisad modell för att kombinera Einsteins relativitetsteori med kvantmekanik. Stringteorin antar att alla partiklar som utgör universum inte egentligen är punkter, utan endimensionella strängar som vibrerar. Skillnaderna i dessa vibrationer gör att vi kan se en partikel som en foton och en annan som en elektron.
För att strängteori ska vara en livskraftig förklaring för universum måste den inkludera mörk energi.
Enligt Vraze kan du föreställa dig mörk energi som en boll mellan berg och dalar, som representerar mängden potentiell energi. Om bollen är på toppen av ett berg kan den vara stillastående, men den kan rulla ner på grund av den minsta störningen, så den är instabil. Om bollen är i dalen rör den sig inte, den har låg energi och befinner sig i ett stabilt universum, eftersom ett starkt tryck skulle få den att rulla tillbaka.
Teoretiker som arbetar med strängteori har länge antagit att mörk energi är konstant och oförändrad i universum. Med andra ord, bollen ligger i dalarna mellan bergen, den rullar inte av bergstopparna och förändras inte med tiden.
Men en hypotes som lades fram i juni antyder att för strängteori att fungera får landskapet inte ha berg eller dalar över havet. (I detta koncept är vårt universum över havsnivån, vilket är en metafor för den punkt där mörk energi börjar antingen utvidga universum eller sammandragas.)
Snarare har terrängen en liten lutning och "bollen av mörk energi" rullar nedåt. "När det rullar ner finns det mindre och mindre mörk energi," sade Vraze. "Kulans höjd motsvarar mängden mörk energi i vårt universum."
I den här teorin kan mörk energi så småningom "glida" under havsnivån och börja dra universumet tillbaka till storleken före Big Bang.
Men det finns ett problem.
Sådana instabila bergstoppar har visat sig existera på grund av att Higgs-bosonen finns, sade Wraze. Och det har experimentellt bevisats att Higgs-partiklar kan existera på dessa bergstoppar ("instabila universum") och kan störas vid den minsta beröringen.
Svårigheter med universums stabilitet
Kamrun Wafa, som arbetar med strängteori vid Harvard och seniorförfattare till juni-hypotesen, bekräftade att den ursprungliga hypotesen verkligen har "svårigheter med instabila universum." Och efterföljande artiklar har återspeglat detta problem.
Men enligt Vraze, även om hypotesen revideras, "kommer vi fortfarande inte att vara i ett stabilt universum - snarare kommer allt annat att förändras." Enligt den reviderade versionen kan bergstoppar existera, men stabila dalar kan det inte (föreställ dig formen på en hästsadel). Bollen börjar så småningom börja rulla och den mörka energin bör förändras över tiden.
Men om hypotesen är helt fel kan mörk energi vara konstant, vi kommer att sitta i en dal mellan två berg och universum kommer att fortsätta att expandera.
Han hoppas att satelliter som mer exakt mäter universums expansion under de kommande 10-15 åren hjälper oss att förstå om mörk energi är konstant eller förändras. Wafa instämde: "Detta är en spännande period inom kosmologin och förhoppningsvis kommer vi under de närmaste åren att se experimentella bevis på att mörk energi förändras i vårt universum."