A húrelmélet nehézségei a sötét energiával
A húrelmélet eddig legjobban ismert modelljei legfeljebb nulla vagy negatív energiaszintű világegyetemet tudtak leírni, szemben a mi, pozitív sötét energiából fakadó, gyorsulóan táguló világegyetemünkkel. Ezt sokan a húrelmélet egyik legsúlyosabb gyengeségének tartották, ami miatt csak elvont, 10 dimenziós és sosem érzékelhető húrok világát tudta bemutatni.
Bizonyos jelek arra utalnak, hogy most valóban áttörés történt: két fizikusnak, Bento és Montero párosának sikerült matematikailag pontos modellt alkotni, amely egy de Sitter-típusú, gyorsuló tágulást mutató világot ír le, sőt, benne a sötét energia mennyisége is konkrétan kiszámolható lett. Noha nem sikerült teljesen négy dimenziós (4D) világegyetemet létrehozni, a megoldásuk egy ötdimenziós világban él, amely még közelebb hozhatja a húrelméletet a valósághoz.
Kvantumvákuum és Casimir-hatás: az áttörés kulcsa
Az új modell alapja egy több mint 75 évvel ezelőtt megjósolt kvantumjelenség, a Casimir-hatás. Üres térben folyamatosan jönnek-mennek virtuális részecskék, s a kvantummezők is ingadoznak. 1948-ban Casimir megmutatta, hogy két közeli fémlemez közötti keskeny térben bizonyos hullámhosszú mezők nem jelenhetnek meg, így odabenn alacsonyabb lesz az energiasűrűség, mint kívül – ez a különbség a lemezeket egymás felé nyomja.
Bento és Montero ezt a gondolatmenetet alkalmazták a húrelmélet „kompaktifikációjára”: a húrelmélet extra, 10 vagy 11 dimenzióját úgy zsugorítják, hogy azok egy apró, felcsavart téridőben bújnak el. A modelljükben használt 6D-s belső teret tórusz alakú geometriának választották, mivel ez egyszerű, lapos szerkezet és jól kezelhető. Ezekben a rejtett terekben is fellép a Casimir-szerű erő, amelyet egy ellentétes, húrelméleti „fluxus” erővel egyensúlyoznak ki: ez utóbbi a belső térfogat növelésére törekszik, szemben a Casimir-hatás térfogatcsökkentő tendenciájával.
Következésképpen sikerült pozitív, bár kis mértékű sötét energiát kiszámolniuk, egészen pontosan 10-15 Planck-egységnyit. Ez lényegesen nagyobb, mint a mért 10-120 Planck-egység, de a folyamat és az irány helyesnek bizonyult, és a modellt minden részletében pontosan le lehet írni, új lehetőségeket nyitva meg a matematikai leírás előtt.
Versengő modellek: egyszerűség kontra bonyolultság
Más kutatók, például a stanfordi csapat, sokkal összetettebb, negatív görbületű hiperbolikus terekkel próbálkoztak, ám ezek nagyon bonyolulttá tették a matematikai számításokat. Bento és Montero szimplább, lapos (6D-s, Riemann-lapos) sokaságokat választottak, hogy a folyamat és a végeredmény kezelhetőbb legyen.
Fontos, hogy az olaszországi Padovai Egyetem kutatóinak sikerült hasonló módszerrel, de más technikával ugyanezt a Casimir-hatást előállítani, ami igazolta a Bento–Montero-féle elgondolás helyességét. A két irányzat nem egészen egymás másolata – Bento és Montero továbbment a teljes húrelméleti kompaktifikációban –, de az, hogy hasonló eredményt adnak, megerősíti az elképzelés alapjait.
Korrekciók, kihívások: az instabilitás és a dimenziók kérdése
A modellel szemben azonban még akadnak jelentős fenntartások. A legnagyobb gond, hogy az elmélet szerint a sötét energia idővel csökken: vagyis instabil a megoldás. Bár az ilyen, változó sötét energia sokkal könnyebben kapható a húrelméletből, mint az Einstein által bevezetett, állandó kozmológiai konstans, mégis nyitott kérdés, hogy a valóságban milyen a sötét energia viselkedése. Bizonyos jelek arra utalnak, hogy újabb mérések szerint a sötét energia valóban változhat – így akár a modell is közelebb kerülhet a realitásokhoz.
Az is kihívást jelent, hogy Bento és Montero M-elméletből indultak ki (ez 11 dimenziót feltételez, eggyel többet, mint a „klasszikus” húrelmélet), de csak hatot „csavartak be”, így ötdimenziós (5D) világegyetemhez jutottak. Ha ezt nem sikerül négy dimenzióra lefordítani, nem lehet teljes a siker.
Mi következik most?
A most kidolgozott megközelítés új fejezetet nyithat a húrelmélet és a megfigyelt világegyetem összehangolásában, de kijelenthető: az út vége még messze van. Ha sikerül a modelleket négy dimenzióban is működőképessé tenni, a húrelmélet végre reális kozmológiai keretrendszerré válhat, és választ adhat arra is, hogyan tágul univerzumunk – de még néhány akadályt biztosan le kell győzni út közben.
