Темна енергія і темна матерія: явища, які треба вивчити

Темна енергія і темна матерія

Темна енергія і темна матерія стали важливим відкриттям для розуміння природи Всесвіту. Так що це таке і чому вони так важливі?

Темна енергія і темна матерія – відповіді на прогалини в теорії

На початку 1990-х років одне було досить певним щодо розширення Всесвіту. Всесвіт міг мати настільки малу щільність енергії, що він ніколи не зупинявся б розширюватися, але гравітація, безумовно, сповільнювала б це розширення з часом.

Звичайно, уповільнення розширення не спостерігалося на практиці. Але, теоретично, Всесвіт повинен був сповільнюватися.

У Всесвіті повно матерії, і сила тяжіння зближує всю матерію.

Темна енергія і темна матерія: розширення Всесвіту

Потім настав 1998 рік і спостереження за космічним телескопом Хаббл (HST) над дуже далекими надновими показали, що давніше Всесвіт насправді розширювався повільніше, ніж сьогодні.

Отже, розширення Всесвіту не сповільнювалось завдяки силі тяжіння, як всі думали, воно пришвидшувалось.

Цікаві факти про Всесвіт: реальність вражає

Ніхто цього не очікував, ніхто не знав, як це пояснити. Але щось спричиняло це.

Зрештою теоретики запропонували три різновиди пояснень: 

  • Можливо, все це є результатом давно відкинутої версії теорії гравітації Ейнштейна, яка містила те, що називали “космологічною константою”. 
  • Можливо, існував якийсь дивний вид енергетичної рідини, який заповнював простір. 
  • Можливо, щось не так з теорією гравітації Ейнштейна, і нова теорія може містити якесь поле, яке створює це космічне прискорення. 

Теоретики досі не знають, яке правильне пояснення, але вони дали розв’язці загадки назву. Це називається темною енергією. Проте темна енергія і темна матерія ще зовсім не вивчені явища.

Що таке темна енергія?

Про неї більше невідомо, ніж відомо. Ми знаємо, скільки існує темної енергії, знаємо, як вона впливає на розширення Всесвіту. 

Темна енергія і темна матерія. Що таке темна енергія?
Темна енергія і темна матерія

Окрім цього, це повна загадка. Але це важлива загадка. 

Виявляється, приблизно 68% Всесвіту – це темна енергія. Темна речовина становить близько 27%. 

Решта – все, що на Землі, усе, що коли-небудь спостерігалося за допомогою всіх наших інструментів, вся нормальна речовина – становить менше 5% Всесвіту. 

Подумавши добре над цим, можливо, нам звичну матерію взагалі не слід називати “нормальною” матерією, оскільки це така мала частка Всесвіту.  

Одне з пояснень темної енергії полягає в тому, що вона є властивістю простору. 

Альберт Ейнштейн був першою людиною, яка зрозуміла, що порожній простір – це ніщо. 

Космос має дивовижні властивості, багато з яких люди лише починають розуміти. 

Перша властивість, яку виявив Ейнштейн, полягає в тому, що можливо може з’явитись більше простору. 

Тоді одна версія теорії гравітації Ейнштейна, версія, що містить космологічну константу, робить друге передбачення: «порожній простір» може володіти власною енергією. 

Теорія відносності Ейнштейна: загальна, спеціальна та перший постулат

Оскільки ця енергія є властивістю простору, вона не буде розбавлятись у міру розширення простору. Коли з’являється більше простору, з’являється більше цієї енергії простору. 

Як результат, такий вид енергії змусить Всесвіт розширюватися все швидше і швидше. На жаль, ніхто не розуміє, чому космологічна константа взагалі повинна бути там, а тим більше чому вона матиме саме потрібне значення, щоб викликати спостережуване прискорення Всесвіту.  

Темна енергія і темна матерія: склад всесвіту

Інше пояснення того, як космос набуває енергію, походить від квантової теорії матерії. У цій теорії “порожній простір” насправді наповнений тимчасовими (“віртуальними”) частинками, які постійно утворюються, а потім зникають.

 Але коли фізики намагалися підрахувати, скільки енергії це дало в порожній простір, відповідь вийшла неправильною. Цифра вийшла в 10 120 разів занадто великою. 

Інше пояснення темної енергії полягає в тому, що це новий вид динамічної енергетичної рідини або поля, щось, що заповнює весь простір, але те, чий вплив на розширення Всесвіту протилежний впливу речовини та нормальної енергії. 

Деякі теоретики назвали цю “квінтесенцію” на честь п’ятого елемента грецьких філософів. Але, якщо квінтесенція є відповіддю, ми все ще не знаємо, що це таке, з чим воно взаємодіє чи чому воно існує. 

Остання теорія полягає в тому, що теорія гравітації Ейнштейна не є правильною. Це не лише вплине на розширення Всесвіту, але і на спосіб поведінки нормальної речовини в галактиках та скупченнях галактик. 

Цей факт міг би вирішити, чи вирішення проблеми темної енергії є новою теорією гравітації чи ні: ми могли спостерігати, як галактики об’єднуються в скупчення. 

Але якщо виявиться, що потрібна нова теорія гравітації, якою це була б теорія? 

Як вона б могла правильно описати рух тіл у Сонячній системі, як це робить теорія Ейнштейна, і при цьому дати нам різні передбачення для Всесвіту, які нам потрібні? 

Для вибору між можливостями темної енергії – властивістю простору, новою динамічною рідиною або новою теорією гравітації – треба більше даних, точніших даних.

Що таке темна матерія?

Пристосувавши теоретичну модель складу Всесвіту до космологічних спостережень, вчені придумали склад, який ми описали вище, ~ 68% темної енергії, ~ 27% темної речовини, ~ 5% нормальної речовини. Що таке темна матерія?

По-перше, вона темна, це означає, що ми бачимо її не у формі зірок і планет. Спостереження показують, що у Всесвіті занадто мало видимої речовини, щоб скласти 27%, необхідних для спостережень. 

По-друге, вона не у формі темних хмар нормальної речовини, речовини, що складається з частинок, які називаються баріонами. 

Ми знаємо це, тому що змогли б виявити баріонні хмари, що поглинають радіацію, що проходить через них. 

По-третє, темна речовина не є антиречовиною, оскільки ми не бачимо унікальних гамма-променів, які утворюються, коли антиматерія знищує речовину. 

Нарешті, ми можемо виключити великі чорні діри розміром з галактику на основі того, скільки гравітаційних лінз ми бачимо. Високі концентрації речовини вигинають світло, що проходить поблизу від віддалених об’єктів, але ми не бачимо достатньо доказів, пов’язаних із лінзуванням, щоб припустити, що такі об’єкти повинні вносити необхідний 25% темної речовини.

Найпоширеніша точка зору полягає в тому, що темна речовина зовсім не баріонічна, а що вона складається з інших, більш екзотичних частинок, таких як аксіони або WIMPS (масивні частинки, що слабо взаємодіють). 

Джерело: science.nasa.gov/

Подібні новини