Kommer universum att expandera för evigt eller så småningom kollapsa till en liten fläck?
Ett papper som publicerades i juni föreslog att oändlig expansion var omöjlig enligt en viktig fysikteori - ett antagande som gjorde stora vågor i fysiksamhället.
"Människor blir väldigt, typ av, känslomässiga med det för om det är sant och upptäckt, skulle det vara spektakulärt," sade Timm Wrase, en fysiker vid Wiens tekniska universitet.
Nu har Wrase och hans kollegor publicerat en separat studie som skapar ett stort hål i detta argument, vilket innebär att ett ständigt expanderande universum inte kan uteslutas ännu.
Mörk energi och kosmisk expansion
Vårt universum är genomsyrat med en enorm, osynlig kraft som verkar motsätta sig allvar. Fysiker kallar denna kraft mörk energi, och det tros ständigt driva vårt universum utåt.
Men i juni publicerade en grupp fysiker ett papper i förtryckstidsskriftet arXiv som antyder att mörk energi förändras över tid. Detta innebär att universum inte kommer att expanderas för evigt utan så småningom skulle kunna kollapsa i den storlek det var före Big Bang.
Nästan omedelbart fann fysiker emellertid problem med teorin: Flera oberoende grupper publicerade senare artiklar som föreslog revideringar av antagandet. Nu föreslår ett papper som publicerades 2 oktober i tidskriften Physical Review D att, som det nu står, den ursprungliga antagandet inte kan vara sant eftersom det inte kan förklara existensen av Higgs-boson - som vi vet finns, tack vare Large Hadron Collider, den massiva partikelcollideren på gränsen mellan Frankrike och Schweiz.
Fortfarande, med lite teoretisk finjustering, skulle den kollapsande universums föreställning fortfarande kunna vara livskraftig, berättade Wrase, en medförfattare till det nya Physical Review D-papper, Live Science.
Hur förklarar vi allt som någonsin funnits?
Stringteori, ibland kallad teorin om allt, är en matematiskt elegant men experimentellt obevisad ram för att förena Einsteins teori om allmän relativitet med kvantmekanik. Stringteori antyder att alla partiklar som utgör universum inte egentligen är prickar utan endimensionella strängar som vibrerar - och 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 dock innehålla mörk energi.
Föreställ dig denna mörka energi som en boll i ett landskap av berg och dalar som representerar mängden potentiell energi som den har, sa Wrase. Om en boll står på toppen av berget kan den vara still, men den kan rulla ner med den minsta störningen, så att den är instabil. Om bollen sitter i en dal, förändras den inte eller rör sig, den har låg energi och ligger i ett stabilt universum, eftersom även en stark push skulle få den att rulla ner i dalen.
Stringteoretiker antog länge att mörk energi är konstant och oförändrad i universum. Med andra ord, det är snuggled upp i dalarna mellan bergen, inte rullande från bergstopparna och därmed inte förändras genom tiden, sa Wrase.
Men antagandet som lades fram i juni tyder på att landskapet inte har några berg eller dalar över havsnivån för strängteori att fungera. (I denna uppfattning står vårt universum över havsnivån - vilket metaforiskt markerar den punkt där mörk energi börjar antingen dra universum ihop eller skjuta universum isär.)
Snarare är landskapet en liten sluttning och bollen med mörk energi rullar ständigt nedåt. "Medan den rullar nedåt blir den mörka energin mindre och mindre," sade Wrase. "Kulans höjd motsvarar mängden mörk energi i vårt universum."
I denna teori kan mörk energi så småningom komma över havsnivån och börja dra universumet tillbaka till sin form före Big-Bang.
Men det finns bara ett problem, sa Wrase.
"Vi har visat att sådana instabila bergstoppar måste existera," sade han. Det beror på att vi vet att Higgs-partikeln finns. Och vi har experimentellt bevisat att Higgs-partiklarna kan existera på dessa bergstoppar eller "instabila universum" och kan störas med minsta beröring, sade han.
Svårigheter med universums stabilitet
Cumrun Vafa, en strängteoretiker vid Harvard och äldre författare till antagandedokumentet från juni, berättade för Live Science i ett e-postmeddelande att den ursprungliga antagandet har "svårigheter med instabila universum." Detta nya papper och några andra visar detta problem, tillade han. Men det finns flera artiklar som föreslog små revideringar av antagandet som fortfarande skulle följa de begränsningar som Wrase och hans team föreslog, sade han.
Även i den reviderade antagandet "skulle vi inte befinna oss i ett stabilt universum utan saker skulle förändras", sa Wrase. Revisionen säger att bergstoppar kan existera, men stabila dalar kan inte, sade han. (Föreställ dig formen på en hästsadel). Bollen måste så småningom börja rulla och mörk energi måste förändras i tid, tillade han. Men "om antagandet är fel kan den mörka energin vara konstant, vi skulle sitta i en dal mellan två berg," och universum skulle fortsätta att expandera.
Inom 10 till 15 år hoppas han att satelliter som mer exakt mäter universums expansion kan hjälpa oss att förstå om mörk energi är konstant eller förändras eller inte.
Vafa instämde. "Detta är spännande tider i kosmologin och förhoppningsvis kommer vi under de närmaste åren att se experimentella bevis för förändringen av den mörka energin i vårt universum," sade han.
