Temná energie je jedním z nejzáhadnějších a neznámých jevů v oblasti kosmologie.. Navzdory skutečnosti, že představuje přibližně 70 % energetického obsahu vesmíru, jeho přesná povaha zůstává záhadou.
V tomto článku budete mít příležitost do hloubky prozkoumat koncept temné energie, historii jejího objevu, teorie, které se ji snaží vysvětlit, a výzvy, kterým vědci čelí ve snaze porozumět této vesmírné záhadě. Toto pozvání si nemůžete nechat ujít, zjistěte, co to je Temná energie: Záhada expanze vesmíru.
Co je temná energie?
Temná energie je pojem v teoretické fyzice a kosmologii, který se používá k popisu forma energie, která se zdá být přítomná v celém prostoru a podílí se na zrychlující se expanzi vesmíru.
Zabírá 70 % kosmického prostoru a jeho přesná povaha je stále neznámá. Víme pouze, že existuje a jak se chová, a to dokazují kosmologická pozorování, z nichž byly formulovány teoretické modely, které vysvětlují, jak tato záhadná forma energie ovlivňuje organizaci vesmíru.
Jak se chová temná energie ve vesmíru?
Astronomická pozorování tomu nasvědčují je zodpovědný za zrychlení rozpínání vesmíru přibližně před 6,145 XNUMX miliony let působí jako odpudivá gravitační síla.
Z rámce teorie obecné relativity, formulované Albertem Einsteinem, lze temnou energii považovat za doplňkový zdroj energie a hmoty, který přispívá ke zakřivení časoprostoru. Tímto způsobem temná energie může být a kosmologická konstanta, forma energie vakua který zůstává konstantní v čase a prostoru.
Jiné teorie na druhé straně navrhují temnou energii mohou být spojeny s dynamickými energetickými poliJako kvintesenční pole nebo kvintesence, které se mohou v průběhu času měnit a mají vlastnosti podobné kapalině.
Jak vidíme, teoretické modely jsou různé a každý z nich ukazuje na jiný přístup ve snaze vysvětlit povahu této podivné formy energie a to, jak se chová ve vesmíru. Později se ponoříme do teoretických modelů, které se dosud snaží vysvětlit, co je temná energie.
Temná energie a temná hmota nejsou totéž
Je důležité nezaměňovat temnou energii s temnou hmotou, jsou to dva velmi odlišné pojmy z kosmologie, a přestože oba tvoří většinu složení vesmíru, hrají různé role.
- Temná hmota je formou hmotya tedy hmotnou hmotu, která jako taková působí silným gravitačním vlivem na viditelnou hmotu vesmíru.
- Na druhé straně temná energie je hypotetická nebo teoretizovaná forma energie. jehož existence je pouhým závěrem z účinku, který má na zrychlené rozpínání vesmíru, jehož výsledkem je tajemná síla neznámé povahy. S temnou energií nelze zacházet jako s konvenční formou energie a je proto obtížnější porozumět pojmu než temná hmota.
Závěrem lze říci, že temná hmota je formou hmoty, zatímco temná energie je spojena s polem, které zabírá celý prostor a je hojnější než temná hmota.
Jak byla objevena temná energie?
V několika následujících řádcích se podíváme na krátkou exkurzi do historie teoretické fyziky, která vedla k objevu temné energie. Začínáme:
Einsteinova kosmologická konstanta
Podle samotného Einsteina byla kosmologická konstanta „jeho největší chybou“. Věda je však budována „hromaděním chyb“ a to umožňuje její pokrok. Možná, že onou „chybou“ bylo přiblížení k hlubšímu poznání vesmíru.
Albert Einstein navrhl kosmologickou konstantu, aby získal stabilní řešení své rovnice gravitačního pole, která by vedlo k ukázání na vesmír, který je ve stacionárním stavu.
Pozorování Edwina Hubbla však ukázala, že vesmír se rozpíná.a právě tam Einstein označil kosmologickou konstantu za „svou největší chybu“. Historie fyziky byla v tuto chvíli předehrou k odhalení příčiny rozpínání vesmíru: temné energie.
Zrychlení expanze vesmíru
Objev vzdálených supernov dvěma týmy astronomů v roce 1998 znamenal milník v historii kosmologie, což vedlo vědce k formulaci „kousku, který by zapadl do skládačky“, který by vysvětlil zrychlující se rozpínání vesmíru: temná energie byla navržena jako příčina tohoto zrychlení.
Teorie a vysvětlující modely temné energie
Kosmologická konstanta a energie vakua
Jedna z nejvíce přijímaných teorií pro vysvětlení temné energie je, že souvisí s energií vakua samotného časoprostoru.
Einsteinovu kosmologickou konstantu lze interpretovat jako projev energie vakua., která má na rozpínání vesmíru odpudivý vliv. Z teorie relativity by tedy temná energie ovlivňovala onu „časoprostorovou tkaninu“, která podporuje vesmír, zakřivuje jej a způsobuje jeho expanzi.
Kvintesence a skalární pole
Další teorie naznačuje, že temná energie by mohla být formou "kvintesence", druh hmoty, jejíž hustota energie se může měnit v čase a prostoru.
Tato kvintesence by souvisela se skalárními poli, jejichž příspěvky k hustotě energie by se mohly v průběhu času pomalu měnit.
Kosmologická pozorování ukazují existenci temné energie
Supernovy typu Ia
První přímý důkaz temné energie přišel z pozorování zrychlení rychlosti rozpínání vesmíru studiem supernov typu Ia. Tyto jasné umírající hvězdy povoleno astronomům vypočítat vzdálenosti k jejich hostitelským galaxiím a určit, jak rychle se od nás vzdalovali.
Kosmické pozadí záření
Další důkazy o existenci temné energie byly získány pozorováním záření kosmického pozadí, které je tepelnou ozvěnou velkého třesku. Přesná měření teplotních výkyvů v tomto záření vědcům umožnila odhadnout množství temné energie ve vesmíru s velkou přesností.
Aktuální projekty pro výzkum temné energie
Průzkum temné energie (DES)
The Dark Energy Survey je astronomický pozorovací projekt, který se snaží lépe porozumět temné energii měření rozložení galaxií a rozpínání vesmíru. Tento projekt využívá k pozorování dalekohled Victor M. Blanco na meziamerické observatoři Cerro Tololo v Chile.
Římský vesmírný dalekohled Nancy Grace
Římský vesmírný dalekohled Nancy Grace, jehož start je naplánován na příští desetiletí, má za cíl studovat temnou energii a poskytnout hlubší pohled na její povahu. Tento vesmírný dalekohled je určen k výkonu přesná měření expanze vesmíru v kosmickém čase.
Několik alternativních vysvětlení temné energie
Modifikace obecné teorie relativity
Jednou z možností, jak vysvětlit temnou energii, je, že Einsteinova obecná teorie relativity není použitelná na kosmologická měřítka a musí být upravena. Nicméně až dosud, žádný pokus o úpravu obecné teorie relativity nebyl schopen eliminovat temnou energii aniž by došlo k porušení jiných pozorování.
Efekty temné hmoty
Dalším alternativním vysvětlením by mohlo být, že temná energie je a sekundární efekt interakce temné hmoty s gravitací a energií vakua na kosmických měřítcích. Ačkoli je tato myšlenka zajímavá, stále neexistuje žádný definitivní důkaz, který by tuto hypotézu podpořil.
Budoucnost vesmíru
Stále se rozšiřující vesmír
Pokud existuje jedna věc, kterou jsme si jisti, je to to, že se vesmír rozpíná rostoucí rychlostí a je to kvůli tomu, „co“ vědci nazvali temnou energií.
Přítomnost temné energie tedy znamená, že vesmír se bude v nadcházejících časech dále rozpínat, zdá se, že jeho zrychlování již nic nebrání. Takže v daleké budoucnosti, téměř všechny galaxie nám zmizí z dohledu a my zůstaneme sami ve stále prázdnějším a temnějším vesmíru. Přinejmenším znepokojivé je, že nevíme, jestli lidský druh přežije, aby to viděl.
Chladný a temný osud?
Pokud bude temná energie i nadále dominovat rozpínání vesmíru, je možné, že nakonec dosáhne stavu tzv "tepelná smrt", ve kterém budou všechny hvězdy spotřebovány a nebude dostatek energie na vytvoření nových kosmických struktur. V tomto scénáři by byl vesmír stále chladnější a temnější.
Na závěr
Temná energie je jednou z největších záhad moderní kosmologie. Jeho objev přivedl vědce k hledání nových teorií a vysvětlení této záhady.
Ačkoli to ještě není plně pochopeno, hledání lepšího porozumění temné energii je i nadále prioritou astronomického výzkumu. S projekty jako Dark Energy Survey a Nancy Grace Roman Space Telescope, Vědci doufají, že se jim podaří rozluštit tajemství temné energie a nakonec odhalí skutečnou povahu vesmíru, ve kterém žijeme.
Co myslíš? Osud a chování vesmíru je ohromující, a to vše díky la Temná energie: Záhada expanze vesmíru.