De flesta fysiker tror att universum utvidgas. Det går att hitta bevis för detta genom att jämföra rödförskjutningen från fjärran galaxer med dem som befinner sig närmare oss.
Rödförskjutning är sträckan av ljusets våglängd, när det objekt som sänder ut ljus rör sig bort från oss. Avlägsna galaxer har alltså en högre rödförskjutning än de som befinner sig närmare jorden, eftersom de rör sig bort från oss.
Och inte nog med att universum expanderas – expansionen accelererar.
Teorin om universums expansion upptäcktes av astronomen Edwin Hubble, men innan dess hade Albert Einstein infört den så kallade kosmologiska konstanten i sin allmänna relativitetsteori.
Den kosmologiska konstanten hänvisar till en okänd knuffande kosmisk kraft – en idé som Einstein själv till slut förkastade, eftersom han föreställde sig ett platt och statiskt universum.
Den har senare återinförts för att förklara universums acceleration med hjälp av mörk energi. Tillsammans med mörk materia utgör de 95 procent av universums totala energi och materia – vi kan bara inte observera det.
Den kosmologiska konstanten ger dock partikelfysiker huvudbry, därför att deras förutsägelser av dess värde avviker en del från de faktiska observationerna.
Därför har fysikerna föreslagit nya partiklar för att förklara motsättningen – det vill säga mörk materia.
Nu återvänder en professor vid Institutionen för teoretisk fysik vid universitetet i Genève, Lucas Lombriser, till tanken på den kosmologiska konstanten i ett statiskt och platt universum.
Återupptagen teori löser problem
I en artikel i tidskriften Classical and Quantum Gravity presenterar han en teori om att vår upplevelse av ett expanderande universum kan vara en illusion.
Precis som den yngre Einstein föreslår Lombriser att universum är platt och statiskt. I stället för att söka efter nya partiklar eller fysiska krafter omformulerar han vad vi redan vet.
Detta är en illustration av den klassiska tolkningen av universums accelererande expansion sedan stora smällen. Med Lombiers teori blir universums expansion platt och statisk.
De effekter vi observerar som liknar en expansion kan i stället förklaras med utvecklingen i partiklarnas massa – som protoner och elektroner – över tid.
I den här bilden uppstår dessa partiklar i ett fält som genomsyrar rumtiden. Där bestäms den kosmologiska konstanten av fältets massa.
Och när detta fält fluktuerar (slumpmässiga variationer), fluktuerar även massan av de partiklar som bildas däri.
Den kosmologiska konstanten fortsätter att fluktuera över tid, men i denna modell beror variationen på att partikelmassan förändras över tid – inte universums expansion.
I modellen resulterar dessa fältfluktuationer i större rödförskjutningar från avlägsna galaxhopar, än traditionella kosmologiska modeller förutspår.
Och den kosmologiska konstanten stämmer överens med modellens förutsägelser.
Lombrisers teori löser även problemet den mörka materiens natur.
Han föreslår att fluktuationer också kan uppföra sig som ett så kallat axionfält, i vilket axioner är hypotetiska partiklar som föreslås vara beståndsdelarna i den mörka materia som fysikerna har sökt efter.
Observation av galaxen NGC 1569 tagen med Hubbleteleskopet. Förutom allt vi kan observera i ljussken, så skulle resten av universum bestå av så kallad mörk energi och mörk materia. Enligt Lombriers teori kan vi sluta söka efter mörk materia och mörk energi för att förklara den ökade accelerationen i universums expansion. Därmed blir begreppen överflödiga.
Fluktuationerna kan också göra behovet av mörk energi överflödigt – den hypotetiska kraft som sträcker ut rummets struktur och därmed driver galaxer från varandra med ökad acceleration.
Enligt Lombriser kommer effekten av mörk energi att förklaras genom att partikelmassor tar en annan evolutionär väg vid senare tidpunkter i universum.
Även om Lombrisers teori presenterar en del lösningar på några av de största astrofysiska problemen, så måste den betraktas som en teori tills den kan bevisas.
Och om vi inte hittar mörk materia eller energi i framtiden, så kan den utgöra ett alternativ.