Ända sedan Lemaitre och Hubbles första föreslog det på 1920-talet, har forskare och astronomer varit medvetna om att universum expanderar. Och från dessa observationer, kosmologiska teorier som Big Bang teorin och den ' Tidens pil ” dök upp. Medan den förra tar upp ursprunget och utvecklingen av vårt universum, hävdar den senare att flödet av tid i en riktning och är kopplat till expansionen av rymden.
I många år har forskare försökt ta reda på varför det är så. Varför flyter tiden framåt, men inte bakåt? Enligt en ny studie producerad av en forskargrupp från Jerevan Institute of Physics och Yerevan State University i Armenien kan mörk energis inflytande vara orsaken till tidens framåtströmning, vilket kan göra enriktad tid till ett permanent inslag i vårt universum.
Idag anses teorier som tidens pil och universums expansion vara grundläggande fakta om universum. Mellan att mäta tid med atomklockor, observera det röda skiftet av galaxer och skapa detaljerade 3D-kartor som visar utvecklingen av vårt universum under loppet av miljarder år kan man se hur tid och utvidgning av rymden förenas vid höften.
Konstnärens intryck av gravitationens inflytande på rumtiden. Kredit: space.com
Frågan om varför detta är fallet är dock en som har fortsatt att frustrera fysiker. Vissa fundamentala krafter, som gravitationen, styrs inte av tiden. Det skulle man faktiskt utan svårighet kunna hävda Newtons rörelselagar och kvantmekaniken fungerar likadant framåt eller bakåt. Men när det kommer till saker i stor skala som beteendet hos planeter, stjärnor och hela galaxer, verkar allt komma ner till Termodynamikens andra lag.
Denna lag, som säger att det totala kaoset (aka. entropin) i ett isolerat system alltid ökar med tiden, riktningen i vilken tiden rör sig är avgörande och icke förhandlingsbar, har kommit att accepteras som grunden för Tidens Pil. Tidigare har vissa vågat att om universum började dra ihop sig så skulle tiden själv börja rinna bakåt. Men sedan 1990-talet och observationen att universum har expanderat i en accelererande takt, har forskare kommit att tvivla på att detta.
Om, i själva verket, universum drivs till högre expansionshastigheter - är den dominerande förklaringen att ' Mörk energi ” är det som driver det – då kommer tidens flöde aldrig att sluta vara åt ena sidan. För att ta denna logik ett steg längre, två armeniska forskare – Armen E. Allahverdyan av Centrum för kosmologi och astrofysik vid Yerevan Institute of Physics och Vahagn G. Gurzadyan från Yerevan State University – hävdar att mörk energi äranledningvarför tiden alltid går framåt.
I deras tidning, med titeln ' Tidspilen påverkas av den mörka energin ', hävdar de att mörk energi som accelererar universums expansion stöder tidens asymmetriska natur. Ofta kallad den 'kosmologiska konstanten' - med hänvisning till Einsteins ursprungliga teori om en kraft som höll tillbaka gravitationen för att uppnå ett statiskt universum - mörk energi ses nu som en 'positiv' konstant, som driver universum framåt snarare än att hålla tillbaka det .
Diagram som visar Lambda-CBR-universumet, från Big Bang till den nuvarande eran. Kredit: Alex Mittelmann/Coldcreation
För att testa sin teori använde Allahverdyan och Gurzadyan ett storskaligt scenario som involverade gravitation och massa – en planet med ökande massa som kretsar runt en stjärna. Vad de fann var att om mörk energi hade ett värde på 0 (vilket är vad fysiker trodde före 1990-talet), eller om gravitationen var ansvarig för att dra ihop rymden, skulle planeten helt enkelt kretsa runt stjärnan utan någon indikation på om den rörde sig framåt eller bakåt i tiden.
Men om man antar att värdet av mörk energi är positivt (som alla bevis vi har sett tyder på) så skulle planeten så småningom kastas bort från stjärnan. Om man kör detta scenario framåt, fördrivs planeten på grund av dess ökande massa; medan planeten när den körs bakåt sluter sig om stjärnan och fångas av dess gravitation.
Med andra ord, närvaron av mörk energi i detta scenario var skillnaden mellan att ha en 'tidspil' och att inte ha en. Utan mörk energi finns det ingen tid, och därmed inget sätt att se skillnad på dåtid, nutid och framtid, eller om saker och ting går framåt eller bakåt.
Men naturligtvis var Allahverdyan och Gurzadyan också säker på att notera i sin studie att detta är ett begränsat test och inte svarar på alla de brännande frågorna. 'Vi noterar också att mekanismen inte kan (och inte bör) förklara alla förekomster av den termodynamiska pilen,' sa de. 'Men notera att även när den mörka energin (kosmologisk konstant) inte dominerar medeldensiteten (tidigt universum eller dagens laboratorieskala), så existerar den fortfarande.'
Begränsad eller inte, denna forskning är representativ för några spännande nya steg som astrofysiker har tagit på senare tid. Detta innebär inte bara att ifrågasätta ursprunget till mörk energi och den expansionskraft den skapar, utan också att ifrågasätta dess implikation i grundläggande fysik. Genom att göra det kan forskare äntligen kunna svara på den urgamla frågan om varför tid existerar, och om den kan manipuleras eller inte (dvs tidsresor!)
Vidare läsning: Fysisk granskning E