Ile wiemy o Wszechświecie? Nasze teorie dobrze sobie radzą z opisem około 5 proc. kosmosu. Taką jego część stanowi zwykła materia. Czyli cząstki elementarne tworzące atomy, z których zbudowany jest cały otaczający nas świat oraz my sami. 

Pozostałe ponad 90 proc. przypada na nieuchwytne ciemną materię i ciemną energię. Pierwsza z nich to po prostu określenie nieznanego źródła istniejącej we Wszechświecie „dodatkowej” siły grawitacji. Sprawia ona, że obracające się galaktyki nie rozpadają się pod wpływem siły odśrodkowej. Ciemną energią zaś nazywa się tajemniczą siłę powodującą, że Wszechświat rozszerza się coraz szybciej.

Co nam mówią obserwacje astronomiczne

Te dwie niewiadome – ciemna materia i ciemna energia – pojawiły się jako wyjaśnienie zaskakujących obserwacji astronomicznych. Pojęcie ciemnej materii powstało, gdy udało się obliczyć prędkość obrotu galaktyk i okazała się większa od spodziewanej. Z kolei ciemną energię wymyślono, gdy wyszło na jaw, że tempo ekspansji kosmosu rośnie. 

Wraz z rozwojem technik obserwacyjnych tego rodzaju niewyjaśnionych obserwacji przybywa. Ogromna czułość działającego od półtora roku Teleskopu Jamesa Webba pozwoliła nam dowiedzieć się znacznie więcej o najstarszych gwiazdach i galaktykach. Nowe dane znowu nie w pełni zgodziły się z przewidywaniami. W bardzo młodym Wszechświecie wypatrzono duże, ukształtowane galaktyki. Powstały tylko ok. 300 mln lat po Wielkim Wybuchu. Jednak wyglądały tak, jakby miały miliardy lat. 

Nowa teoria. Ile lat ma Wszechświat?

Naukowcy próbowali wyjaśnić istnienie w „młodym” Wszechświecie „starych” galaktyk na różne sposoby. Najbardziej rewolucyjne rozwiązanie latem 2023 r. zaproponował Rajendra Gupta, fizyk teoretyczny z kanadyjskiego Uniwersytetu Ottawy. Odwołując się do zarzuconej teorii sprzed prawie stu lat policzył, że Wszechświat jest aż dwa razy starszy niż dotychczas przyjmowali naukowcy. 

W czasopiśmie naukowym „The Astrophysical Journal” ukazała się właśnie nowa praca Gupty. Wnioski, jakie z niej płyną, są równie zaskakujące jak poprzednio. – Nasze wcześniejsze badania dotyczące wieku Wszechświata wynoszącego 26,7 miliarda lat pozwoliły nam odkryć, że kosmos nie potrzebuje ciemnej materii do istnienia – informuje naukowiec. 

Zmęczone światło i usunięcie stałej kosmologicznej

W nowej pracy Gupta ponownie sięga do teorii opracowanej w 1929 r. przez Fritza Zwicky’ego. Zwicky zaproponował wtedy, że w trakcie pokonywania wielkich kosmicznych odległości fotony tracą energię (czyli – robią się „zmęczone”). Miało to tłumaczyć, dlaczego światło najdalszych obserwowanych obiektów jest przesunięte ku czerwieni. Jednak wkrótce wyjaśniono, że za efekt ten odpowiada rosnąca prędkość oddalających się obiektów i wydłużanie się fal świetlnych. Wówczas tzw. teorię zmęczonego światła Zwicky’ego zarzucono. 

Pół roku temu Gupta wrócił do tej koncepcji, przeszacowując wiek Wszechświata. Teraz poszedł o krok dalej i rozbudował ją o jeszcze jeden składnik. Jest nim zmieniony Model Lambda-CDM. Gupta podmienił w nim zaproponowaną jeszcze przez Einsteina stałą kosmologiczną na inny parametr. Ten nowy parametr jest matematycznym reprezentantem pomysłu, że zasady fizyczne nie są stałe w każdym momencie i każdym punkcie kosmosu. 

Co to oznacza bardziej konkretnie? Gupta przyjął, że wraz z upływem czasu oddziaływania fizyczne mogą słabnąć. Jego zdaniem przy takim założeniu pojęcie ciemnej energii i materii przestaje być potrzebne do wyjaśnienia danych obserwacyjnych. – Według standardowej kosmologii przyspieszona ekspansja Wszechświata jest spowodowana ciemną energią. Ale w rzeczywistości to skutek osłabienia sił natury podczas rozszerzania kosmosu, a nie ciemnej energii – twierdzi Gupta.

Czy nowa teoria się sprawdzi?

Gupta nazwał swoją teorię CCC+TL (ang. covarying coupling constants plus tired light). W najnowszej pracy spróbował użyć jej, by wyjaśnić fluktuacje w gęstości materii barionowej (czyli zwykłej) spowodowane działaniem fal akustycznych w bardzo młodym Wszechświecie. Jego zdaniem hipoteza spełniła swoje zadanie. 

Czy nowa teoria ma szansę zostać uznana przez świat naukowy? Jej założenia przewracają do góry nogami wielowiekowe podstawy fizyki. Ostatecznie jednak zdecyduje co innego. Jak to słusznie ujął Mike McRae, autor artykułu z portalu Science Alert – „teoria CCC+TL zmieni kosmologię tylko wtedy, gdy będzie potrafiła rozwiązać więcej problemów niż sama stworzy”.

Źródła: The Astrophysical Journal, phys.org, Science Alert.