Темна енергія: коли Всесвіт "замерз"

Нова пояснювальна модель прискорення космічного розширення базується на квінтесенціальному полі

Майбутній розвиток Всесвіту також залежить від темної енергії: залежно від його характеристик він може розлетітись («великий рип») або розпастися («великий хрускіт»). © НАСА
читати вголос

Через 2, 2 мільярда років після Великого вибуху всесвіт настільки охолонув, що один із його компонентів практично «замерз»: поле, яке протидіє гравітації і рухає розширенням космосу. У будь-якому випадку це постулюється новою космологічною моделлю, опублікованою зараз у журналі Physical Review B. Це пояснює існування загадкової Темної енергії та прискорене космічне розширення через так зване квінтесенціальне поле, яке замінює космологічну константу Ейнштейна.

{1л}

Всесвіт розширюється - Альберт Ейнштейн це визнав. Тому він ввів у свою теорію загальної відносності космологічну константу, яка б пояснила, чому Всесвіт не руйнується під дією сили тяжіння. У 90-х роках, спостерігаючи за наднорами, астрофізики виявили, що це розширення космосу не зменшується, як очікувалося, а навіть прискорюється. Але чому? Поки була відома лише сила, яка діє на великі відстані між астрономічними об'єктами, гравітація. Але це викликає тяжіння не відштовхування, як показали спостереження.

Темна енергія як ключ

З того часу космологи та астрофізики гарячково шукають можливих пояснень, часто зосереджуючись на космологічній константі Ейнштейна з її антигравітаційними властивостями. Перша - це темна енергія як форма поля, яка протидіє гравітації. Більше 70 відсотків усієї матерії та енергії складається з цієї невидимої і незмірної негативної сили. Однак ці моделі не могли бути підтверджені спостереженнями, тому фізики припускають, що ці постульовані поля не взаємодіють або майже не взаємодіють із нормальною речовиною та енергією.

"Однією з дуже незадовільних особливостей багатьох існуючих пояснень темної енергії є те, що їх дуже важко перевірити", - пояснює Роберт Шеррер, професор фізики з університету Вандербільта. Разом зі своїми колегами Стівеном Цу та Девідом Рибом з Університету штату Орегон він представив нову модель. Основні відмінності від попередніх: їх так зване квінтесенціальне поле може дуже добре взаємодіяти з нормальною речовиною і, таким чином, мати помітні наслідки. дисплей

Монотонне поле з відштовхуючим ефектом

Нова теорія порівнює квінтесенцію з іншими фундаментальними силами і сферами, такими як гравітація та електромагнетизм, але також надає їй унікальні та різні характеристики. У своїй моделі саме космос є джерелом відштовхуючої сили, яка розсуває Всесвіт. Ця ідея не нова, оскільки згідно з квантовою теорією порожній простір заповнюється парами віртуальних частинок, які мимовільно виникають і зникають занадто швидко, щоб їх можна було виявити.

На думку дослідників, ця субатомна діяльність є логічним джерелом темної енергії, оскільки обидва рівномірно розподілені в просторі. Його щільність не зменшується в міру розширення Всесвіту, на відміну від нормальної матерії та енергії, які поступово розширюються. Квінтесенціальне поле виступає як своєрідна антигравітаційна сила: воно відштовхує предмети один від одного замість того, щоб змусити їх притягувати один одного, як гравітація.

"Заморожування" темної енергії сповільнило розширення

Однією з відмінностей нової теорії від попередньої є конкретний, перевірений прогноз щодо розширення Всесвіту. Оскільки поле квінтесенції взаємодіє з нормальною речовиною, дослідники постулюють значну зміну стану, коли Всесвіт значно охолонув через 2, 2 мільярда років після Великого вибуху. Поле зробило фазовий перехід через, воно замерзло, і його щільність енергії різко знизилася з попереднього дуже високого до відносно нижчого рівня, який він має сьогодні.

Надлишок енергії повинен був випромінюватися у вигляді темного випромінювання, невидимої форми випромінювання. Однак цей фазовий перехід, згідно Шерреру та Цу, повинен залишити вимірні сліди. Бо, на думку Ейнштейна, гравітація складається з енергії та моменту, зміна квінтсенціального поля і, отже, темної енергії, уповільнило б розширення Всесвіту в цій фазі характерним чином

Протягом наступних десяти років це «перекручування» в кривій розширення може бути підтверджене або спростоване. Вже зараз великі астрономічні карти почали відстежувати розширення космосу в процесі його еволюції, використовуючи далекі наднови.

Крім того, зіткнення високих енергій у таких прискорювачах великих частинок, як LHC у ЦЕРН поблизу Женеви, може стимулювати темне енергетичне поле, і ці подразники можуть здаватися екзотичними субатомними частинками, які раніше не спостерігалися. У цьому сенсі наступні кілька років можуть стати вирішальними для розвитку космології та нашого уявлення про Всесвіт.

(Університет Вандербільта, 11.05.2009 - НКО)