Что такое темная энергия?

Темная энергия — доминирующая форма энергии в космосе — является движущей силой ускоряющегося расширения Вселенной, но ее природа остается полной загадкой. Вот что вам нужно знать о темной энергии .

Темная энергия — гипотетическая форма энергии, предложенная физиками для объяснения того, почему Вселенная не просто расширяется, а расширяется с постоянно возрастающей скоростью.

Подумайте о темной энергии как о «злом аналоге» гравитации — силе «антигравитации», которая создает отрицательное давление, заполняющее вселенную и растягивающее всю ткань пространства-времени. При этом темная энергия раздвигает космические объекты со все возрастающей скоростью, а не притягивает их друг к другу, как это делает гравитация.

По оценкам, темная энергия составляет около 68–72 % от общей энергии и материи во Вселенной — «бюджета» материи/энергии Вселенной — что означает, что она существенно доминирует как в темной материи, так и в обычной материи.

Единственный реальный ответ на вопрос «что такое темная энергия?» Нынешнее утверждение «мы не знаем» может показаться неудовлетворительным. Однако учёные не до конца понимают это. Существует несколько основных «кандидатов» на объяснение темной энергии, включая энергию вакуума пространства — частицы, которые буквально появляются и исчезают в пустом пространстве, — и «пятую силу», ответственную за отрицательное давление, которое может быть причиной ускоренного расширения Вселенной.

Другие возможности — это множество различных «ароматов» полей, которые могли бы объяснить темную энергию, например, низкоэнергетическое поле, называемое «квинтэссенцией», тахионные поля — гипотетические частицы, которые движутся быстрее света и, таким образом, обращают время вспять...

Все это пока чисто гипотетически, то есть единственный способ, которым мы можем действительно «узнать», что такое темная энергия прямо сейчас, — это изучить ее воздействие на Вселенную.

Часто задаваемые вопросы о темной энергии

Почему темная энергия является необходимой частью Вселенной?

Около 25 лет назад было установлено, что Вселенная расширяется и что это расширение ускоряется со временем. Этот процесс продолжается уже 5 миллиардов лет и приводит к разлетанию галактик. Хотя все космологические наблюдения подтверждают это явление, у нас до сих пор нет объяснения этой тенденции расширения. Однако нам известны свойства ингредиента, вызывающего этот эффект: это должно быть вещество или жидкость, преодолевающие гравитационную природу гравитации, и оно должно быть разбавлено и рассеяно в пространстве-времени.

В 1999 году физик Майкл Тернер назвал гипотетическую составляющую космологического бюджета: темная энергия. Последний ингредиент необходим для правдоподобного объяснения текущей тенденции расширения Вселенной. Без него расширение замедлилось бы, и в конечном итоге Вселенная взорвалась бы, сузив расстояния между галактиками, наблюдаемые в крупномасштабной структуре.

Откуда мы знаем, что расширение, вызванное темной энергией, связано не только с Большим взрывом?

Да, наша космологическая модель предсказывает расширяющуюся Вселенную, а значит, и существование события, которое мы называем Большим взрывом. Однако нынешнее состояние расширения не является постоянным с течением времени, а наоборот, увеличивается; Следовательно, это увеличение скорости расширения должно быть обусловлено другим фактором, который не был в первую очередь активен на ранних стадиях развития Вселенной или во время формирования галактик.

Почему темная энергия такая загадочная?

Поскольку мы не можем измерить его напрямую, не говоря уже о том, чтобы узнать, из чего он состоит, проведение экспериментов для обнаружения и изучения его истинной природы является сложной задачей. Кроме того, текущие наблюдения не согласуются со значением скорости Хаббла в настоящее время, поэтому мы не уверены, изменяется ли темная энергия со временем, и если да, то как это влияет на динамику расширения. У нас есть подсказки, но предстоит еще долгий путь, прежде чем мы «раскроем» природу и характеристики темной энергии.

Каковы основные сомнения относительно темной энергии?

Согласно большинству наблюдений, наиболее вероятным «кандидатом» на роль темной энергии является космологическая постоянная, которую часто связывают с флуктуациями квантового вакуума. Это наиболее предпочтительное (и простое) объяснение темной энергии, настолько, что оно включено в стандартную космологическую модель. Но есть и другие предложения, такие как скалярные поля, галеоны, аксионы, тахионные поля или даже динамическая модель темной энергии, среди многих других идей.

Трудно предсказать, разгадаем ли мы тайну темной энергии в ближайшие 10 лет, но на данный момент ученые-космонавты, безусловно, находятся на правильном пути к пониманию ее роли. Имеется множество данных, которые помогут нам в этом путешествии, и несомненно, что мы добиваемся прогресса в понимании того, что такое темная энергия и ее космического происхождения.