Вселенная расширяется, и это расширение со временем ускоряется. Эти два факта подтверждаются огромным объемом данных и наблюдений. Но мы до сих пор не знаем, что является причиной этого расширения. Судя по всему, существует какая-то неизвестная нам сила, противодействующая гравитации.
Мы называем эти гипотетическую энергию “темной энергией”. Расчеты показали, что она составляет примерно 72% всего, что есть во Вселенной. И мы не знаем, чем она на самом деле является. Но новый эксперимент показал, чем она не является — новой силой.
Этот эксперимент, объединяющий атомную физику и космологию, позволил нам вычеркнуть из рассмотрения обширный класс моделей, которые были предложены в качестве объяснения природы темной энергии. И он же позволил нам наложить ограничение на остальные модели,
— описывает физик Эд Коупленд из Ноттингемского университета.
(Andrew Pontzen and Fabio Governato/Flickr/CC BY 3.0)
Вселенная огромна и сложна, но нам удалось установить четыре фундаментальные силы, которые управляют всем происходящим: сильное ядерное взаимодействие, слабое ядерное взаимодействие, электромагнитная сила и гравитация.
При этом остаются некоторые аномалии, которые мы наблюдаем во Вселенной, но которые не вписываются в существующие теории и модели Вселенной. Гипотетическая “пятая сила” неплохо помогала объяснять все эти странности.
Как и с темной энергией, мы не знаем, чем является эта “пятая сила”, но наблюдения позволили нам определить хотя бы ее границы. А это позволило начать составлять теоретические альтернативы общей относительности. Все для того, чтобы найти объяснение ускоряющемуся расширению Вселенной. В числе этих альтернатив хамелеонная теория и симметрионная теория.
Звучали также предположения, что пятой силой может быть темная энергия. Вот это то и решили проверить авторы нового исследования.
Казалось бы, если во Вселенной есть сила, составляющая почти три четверти массовой плотности энергии, то ее должно быть несложно найти. Но если она действительно является противоположностью гравитации — то она должна быть слаба там, где гравитация особенно сильна.
Речь об объектах со значительной массой. То есть на планете, в частности, на Земле, ее сложно будет обнаружить, как и в любом эксперименте с тяжелыми объектами. Но вот в вакууме космоса эта противоположная гравитации сила должна быть значительно сильнее.
Поэтому команда разработала эксперимент для проверки это гипотетической силы. В закрытой вакуумной камере они разместили тяжелый объект (алюминиевую сферу диаметром не больше пары сантиметров) и легкий объект (отдельные атомы рубидия-87). С помощью атомной интерферометрии они измерили ускорение атомов к более крупному объекту.
Если бы пятая сила действительно существовала, атом бы слегка сбился с пути, проносясь мимо сферы. Но ученые не увидели этого отклонения, то есть никакая “пятая сила” в этом взаимодействии не участвовала. Это не означает, что ее вообще не существует, но зато позволяет наложить некоторые ограничения на “пятую силу” и, соответственно, темную энергию.
Всё это похоже на космический вариант игры “Угадай кто?”, в которой надо задавать правильные вопросы, чтобы угадать персонажа.
—
Научная статья была опубликована в Physical Review Letters.
