Peebles: Για μια καλύτερη κοσμολογική θεωρία LambdaCDM

Η ευρέως αποδεκτή μέχρι σήμερα θεωρία που περιγράφει με καλή προσέγγιση το σύμπαν μας, είναι γνωστή ως τo «Καθιερωμένο Πρότυπο της Κοσμολογίας», η συντομογραφικά ως ΛCDM. Στο ΛCDM, κυριαρχεί η σταθερή ποσότητα σκοτεινής ενέργειας (η κοσμολογική σταθερά Λ), μαζί με την ψυχρή σκοτεινή ύλη (Cold Dark Matter=CDM). Δυστυχώς όμως είναι ελλιπής, αφού υπάρχουν αναπάντητα ερωτήματα και ανωμαλίες. Αλλά το ίδιο ισχύει για όλες τις φυσικές μας θεωρίες. Οι ανωμαλίες στην τυπική κοσμολογία θα μπορούσαν να μας οδηγήσουν σε μια ακόμη καλύτερη θεωρία. Κι αυτό έχει ξαναγίνει.

Στην κοσμολογία εμφανίζονται διάφορες ανωμαλίες όπως, η παρατηρούμενη αφθονία του λιθίου στο σύμπαν που είναι είναι τρεις φορές μικρότερη από αυτή που προβλέπει η θεωρία, η διαφορά του 9% στην μετρούμενη τιμή της σταθεράς Hubble κ.ά, οι οποίες αναλύονται σε άρθρο του P. J. E. Peebles.

Ο P. J. E. Peebles (βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2019) σε ένα πρόσφατο άρθρο του, αναπτύσσει τις απόψεις του για την κατάσταση του καθιερωμένου προτύπου της κοσμολογίας ΛCDM. Γράφει μεταξύ άλλων: «Σκεφτείτε την κατάσταση της θεμελιώδους φυσικής πριν από έναν αιώνα. Το 1924 η θεωρία του Maxwell για τον ηλεκτρομαγνητισμό είχε περάσει απαιτητικούς ελέγχους στο εργαστήριο και πολύ περισσότερα τεστ από τη μεγάλη ποικιλία πρακτικών εφαρμογών, όπως το ραδιόφωνο. Αλλά οι φυσικοί γνώριζαν πολύ καλά ότι η θεωρία αποτυγχάνει στην κλίμακα των ατόμων. Ίσως κάποιοι εξακολουθούσαν να ενδιαφέρονται για μια πιθανή αποτυχία του νόμου του αντίστροφου τετραγώνου σε μικρές κλίμακες, αλλά οι περισσότεροι σκέφτονταν τις πειραματικές ενδείξεις για την κβαντοποίηση της ενέργειας στην ύλη, όπως τις διακριτές φασματικές γραμμές, την ακτινοβολία των θερμών σωμάτων και την σκέδαση Compton.

Τα επόμενα δύο χρόνια οι φυσικοί διατύπωσαν την μητρο-μηχανική και την κυματο-μηχανική, ενώ το 1927 ο Dirac εφάρμοσε την κβαντική θεωρία στον ηλεκτρομαγνητισμό. Αυτά τα βήματα προς την Κβαντική Ηλεκτρο-Δυναμική (QED), με τις μεγάλες τεχνολογικές εξελίξεις κατά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, παρήγαγαν την εκπληκτική συμφωνία των πειραμάτων με τις θεωρητικές προβλέψεις της QED. Η QED έχει μια πολύ απλή εννοιολογική βάση. Λίγο μετά τη γέννηση της κβαντικής μηχανικής, κατασκευάστηκε πολύ απλά εφαρμόζοντας τους συνήθεις κανόνες της κβαντικής θεωρίας στα πλάτη του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, E(y, t) και B(y, t), των οποίων η χωροχρονική εξέλιξη δίνεται από τις εξισώσεις Maxwell.

Κάθε μεγάλη πρόοδος στη φυσική έχει τη δική της ιστορία, αλλά υπάρχουν και μερικά κοινά σημεία. Ο Κοπέρνικος εξορθολόγησε το Πτολεμαϊκό σύστημα μετακινώντας τον ήλιο στο κέντρο του πλανητικού συστήματος, αλλά διατήρησε την Πτολεμαϊκή μεθοδολογία αφού οι προβλέψεις της ήταν ακριβείς. Ο Αϊνστάιν αντικατέστησε τη Νευτώνεια βαρύτητα από τη γενική θεωρία της σχετικότητας, με με μια νέα αντίληψη για τον χωροχρόνο. Αλλά εξακολουθούμε να μιλάμε για παλίρροιες, για την κίνηση του εκκρεμούς του Φουκώ και τον σχηματισμό σιφώνων με νευτώνειους όρους, αφού είναι αρκετά ικανοποιητικοί στην περιγραφή, ενώ μια πλήρης εφαρμογή της γενικής σχετικότητας θα ήταν άσκοπα πολύπλοκη. Η QED αντικατέστησε τις εξισώσεις του Maxwell, αλλά οι ηλεκτρολόγοι εξακολουθούν να μελετούν ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με ένα πολύμετρο βαθμονομημένο στα Βολτ και τα Αμπέρ των εξισώσεων του Maxwell.

Έχουμε πλέον δύο καλά δοκιμασμένες προσεγγίσεις της πραγματικότητας. Η Γενική Θεωρία τη Σχετικότητας και και η QED δεν διαθέτουν μόνο μαθηματική κομψότητα αλλά και αναμφισβήτητη πειραματική επιβεβαίωση. Αυτό ήταν κάτι περισσότερο από ένα όραμα για τον πρώτο μισό αιώνα. Τώρα όμως έχουμε σοβαρή πειραματική υποστήριξη και για το κοσμολογικό μοντέλο ΛCDM.

Σίγουρα όμως, η θεωρία είναι ελλιπής και ελπίζουμε να βρεθεί μια καλύτερη θεωρία. Έχει ξανασυμβεί. Η ιστορία της φυσικής μας οδηγεί στο να περιμένουμε ότι η καλύτερη θεωρία θα ενσωματώσει τα εμπειρικά επιτυχημένα τμήματα της ΛCDM.»

Σύμφωνα με τον Peebles, «οι θεωρίες που υπερβαίνουν κατά πολύ αυτό που μπορεί να συνδεθεί με τις παρατηρήσεις πρέπει να γίνονται σεβαστές. Μπορούν να είναι κομψές και προφητικές. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν ήταν ένα αποδεκτό μέρος της θεωρητικής φυσικής για μισό αιώνα πριν αρχίσουν οι πειραματικοί έλεγχοι να σχηματοποιούν την πειστική αιτιολόγηση που έχουμε τώρα. Αλλά ο μόνος τρόπος να είσαι σίγουρος ότι μια ιδέα, όσο όμορφη και αν είναι, έχει μια ασφαλή επαφή με την πραγματικότητα είναι μόνο διαμέσου της πειραματικού ελέγχου.»

διαβάστε ολόκληρο το άρθρο του P. J. E. Peebles με τίτλο ‘Status of the LambdaCDM theory: supporting evidence and anomalies’, ΕΔΩ: https://arxiv.org/abs/2405.18307

από https://physicsgg.me