10 провідних теорій на тему темної енергії
Людство акумулювало величезну кількість інформації про наш Всесвіт і про те, як він працює. Ми пишаємося тим, що є найрозумнішим видом на Землі, а також, на даний момент, і у всьому Всесвіті. Однак інформацію, яку ми зібрали про структуру нашого Всесвіту, отримано на основі 4%, які ми можемо спостерігати, виміряти та проаналізувати – звичайної речовини. 96%, що залишилися, — це «темні» субстанції. Темні вони тому, що ми нічого про них не знаємо (і тому, що фізикам не вистачає фантазії, коли справа доходить до найменувань).
З цих 96% близько 68% це темна енергія. Це найбільша компонента Всесвіту, і до того ж найзагадковіша. Тисячі вчених у всьому світі працюють над розшифровкою цієї загадкової енергії, яка визначає структуру нашого Всесвіту на найбільших масштабах.
Без темної енергії наш Всесвіт просто зхлопнувся б — під дією власної гравітації, повільно стиснувся б у крапку. Отже, хоч ми й не знаємо, що це за енергія, нам варто сказати їй спасибі. Перед вами десять найкращих теорій на тему темної енергії.
Властивість простору
Ця теорія вийшла з теорії гравітації Ейнштейна, точніше з того факту, що порожній простір може мати власну енергію — так звану космологічну постійну. Ейнштейн також вважав, що простір може з'явитися з нізвідки і чим більше простору з'являється, тим більше, відповідно, енергії може бути в ньому укладено.
Це могло б пояснити швидке розширення Всесвіту, яке ми спостерігаємо. Такий Всесвіт міг би розширюватися нескінченно довго, поки кожен об'єкт не виявиться так далеко від будь-якого іншого об'єкта, що світ порине в повну темряву та холод.
Теорія всього
Багатоастрономи вважають, що пошук темної енергії – марна справа. Натомість вони борються за невловиму «теорію всього», яка сама по собі дозволила б проблему темної енергії.
Ця теорія має пояснити поведінку всіх об'єктів у Всесвіті - від дуже великих до дуже маленьких. Поки що наші теорії про те, як працює Всесвіт, діляться на великомасштабні теорії (на кшталт теорії гравітації) і дрібні теорії (на кшталт квантової механіки).
Хоча вирішення проблеми темної енергії таким чином логічно обґрунтовано, знаходження цієї теорії виявилося неможливим навіть для найяскравіших розумів у фізиці. Нормальні закони фізики начебто «ламаються», досягаючи квантового рівня. Пошук продовжується в будь-якому випадку.
Нова фундаментальна сила
Усі фундаментальні взаємодії чи сили, які ми знаємо (гравітація, електромагнетизм, слабка та сильна взаємодія), працюють у різних діапазонах. Деякі впливають лише на об'єкти атомарних розмірів, інші визначають рух планет і формування галактик.
Ця теорія темної енергії стверджує, що існує фундаментальна взаємодія, яку ми поки що не знайшли і яка діє на гігантських масштабах, які можна спостерігати лише після досягнення Всесвіту певних розмірів. Воно працює на противагу гравітації і розтягує об'єкти геть один від одного.
Вчені вважають, що оскільки ця сила діє на таких великих масштабах, ми поки що не стикалися з нею у повсякденному житті та на вимірювання, які проводяться на Землі, вона також не впливає. Ніхто не знає, тимчасова чи постійна ця сила. Залежно від відповіді це питання, Всесвіт лише розширюватися вічно і стане холодної, або розширюватися і стискатися періодично іноді.
Теорія гравітаціїЕйнштейна помилкова
Спробуйте сказати одному з найрозумніших фізиків, які коли-небудь жили на землі, що його (за загальним визнанням) найзнаменитіша теорія неправильна… ну так, це важко уявити. Теорія гравітації Ейнштейна стверджує, що всяке тіло у Всесвіті притягується до будь-якого іншого тіла, і сила тяжіння залежить виключно від мас об'єктів та відстані між їхніми центрами.
І все ж деякі фізики вважають, що ця теорія може бути помилковою, і розробляють нові теорії гравітації, які б пояснити темну енергію. У цих теоріях вони обертають вплив гравітації великих масштабах отже кожен об'єкт відштовхує будь-який інший.
Хоча ці теорії не можуть похвалитися серйозною експериментальною підтримкою (а модель гравітації Ейнштейна перевірялася багаторазово), вони пояснюють, чому Всесвіт розширюється. Згідно з цими новими моделями гравітації, наш Всесвіт знову досягне стану холодної темряви після швидкого розширення.
Уповільнення часу
Якщо ви коли-небудь дивилися фільм «Інтерстеллар», ви чули про ефект уповільнення часу. Це відбувається, коли об'єкти рухаються близько до швидкості світла: час уповільнюється.
Та ж ідея представлена в феномені близнюків, коли один близнюк вирушає на космічний корабель, який рухається на швидкості світла, а його брат залишається на Землі. Коли вони знову зустрічаються після кількох років поділу, близнюк на Землі виявляється значно старшим за свого брата-космонавта.
Нещодавно Едвард Кіпреос, професор Університету Джорджії, у статті представив думку, що тільки об'єкт, що рухається, сам по собі піддається уповільненню часу. (Зазвичай людина-спостерігач об'єкта, що швидко рухається, також відчуває ці ефекти).
З цього випливає, що минулого часу мало рухатися швидше. Це усуває необхідність мати відштовхуючу силу або речовину, оскільки розширення Всесвіту, що здається, буде простим прорахунком відстаней, які були порушені уповільненням часу.
Якщо ця теорія вірна, вона не тільки вступить у суперечність з іншою відомою теорією Ейнштейна (спеціальною теорією відносності), а й означатиме, що наш Всесвіт статичний. Вона ніколи не розширюється та не стискається.
Екзотична нова частка
Ця теорія на тему частинок і полів витає у повітрі вже сторіччя. Ми знаємо, що електрон створює електричне поле, а також зовсім недавно гравітаційне поле стали асоціювати з «гравітоном» — «частинкою-переносником сили» гравітації. Фізики частинок і теоретики нормально ставляться до думки, що енергія окремого поля має переноситися частинками, а чи не самим полем.
Цю концепцію можна застосувати на темну енергію, і тоді темна матерія (на яку припадають решта 27% Всесвіту) буде її часткою-переносником сили. Оскільки деякі частки не спостерігаються в принципі (той самий гравітон), ця ідея має право на життя. Тільки доказів, які говорять на її користь, вкрай мало. У нас просто немає способу виміряти хоч якусь властивість, пов'язану з темною енергією чи темною матерією.
Теорії f(R) - це моделі нинішньої кривизни Всесвіту (де кривизна позначається як R). У 2007 році вчені з Чикагського університету показали, що при певному значенні R може бути створена модель Всесвіту, в якій не потрібна темна енергія для пояснення розширення Всесвіту.
Цей тип Всесвіту згладжує себе в такий спосіб, що його загальна кривизна зводиться до мінімуму, створюючинадгравітаційно-подібну силу, яка може або притягувати або відштовхувати об'єкти в залежності від поставлених умов.
Теоретики Університету Чикаго згодні у цьому, що з виконання цієї теорії додаткова сила має зникати там, де сила гравітації щодо сильна (наприклад, у масштабах планет і галактик), і виявлятися лише у найбільших масштабах. Група астрономів з Пекінського університету почала проводити вимірювання кластерів, щоб переконатися, що теорія f(R) може бути правильним описом нашого Всесвіту.
Множинні всесвіти та антропний принцип
Один із грандіозних провалів сучасної фізики полягає у прогнозі дійсної величини темної енергії. Квантова теорія передбачає дуже мало, але фізики розраховують число в 10 120 разів більше.
Ось тут у гру вступає антропний принцип. Він полягає в тому, що фундаментальні константи фізики та хімії (такі як швидкість світла, гравітаційна постійна тощо) «підходять» для підтримки життя в окремо взятому Всесвіті, але можуть мати інші значення в інших всесвітах. У нескінченній безлічі паралельних всесвітів, здається цілком ймовірним, що може з'явитися і наш всесвіт, із заданими значеннями темної енергії, що підходить для формування життя.
Віртуальні частки
Квантова механіка дуже дивна. Вона дозволяє всяким штукам з'являтися з нізвідки і йти в нікуди, руйнуючи всі ідеї, які нам закладали на думку старших класах. "Матерія не може бути створена або знищена", навчали нас. Вона повинна лише переходити з одного стану до іншого.
Ця теорія бере за основу ідею віртуальних частинок – дрібних частинок матерії, які з'являються та зникають. Це постійна поява ізникнення частинок вивільняє енергію, тому що матерія перетворюється на енергію, коли ці частинки зникають.
Фізики вважають, що саме так простір сам по собі може набрати досить безперервної енергії, щоб створити негативний тиск, який викликає розширення Всесвіту. Якщо ця теорія вірна, енергетичний простір, що отримується від цих віртуальних частинок, може бути таємничою темною енергією, і наш Всесвіт продовжуватиме розширюватися доти, доки цей процес протікає.
Квінтесенція
Кількість теорій у цьому списку показує, наскільки ми далекі від повного розуміння нашого Всесвіту. Кожна теорія робить свій внесок у майбутній розвиток нашого світу, і зрозуміти, яка з них вірна, поки не є можливим.
Розшифровка чорної енергії може відкрити двері в зовсім новий розділ фізики, або кардинально змінити вже існуючі. Тому багато фізиків і астрономів намагаються розгадати цю велику, загадкову, «темну речовину», яка управляє еволюцією нашого Всесвіту.
Остання теорія темної енергії в нашому списку буде найдивнішою. Всесвіт, в якому переважає «квінтесенція», буде сповнений «енергетичної рідини». Інші фізики називають цю енергію "фантомною енергією".
Ідея полягає в тому, що ця квінтесенція змінюється з часом, а її густина енергії збільшується. Доля такого Всесвіту закінчиться Великим Розривом, коли Всесвіт буквально вибухне, оскільки самі атоми не зможуть протистояти силі, яка їх розтягує та розриває на частини.