Pimeä energia on yksi arvoituksellisimmista ja tuntemattomimmista ilmiöistä kosmologian alalla.. Huolimatta siitä, että se edustaa noin 70 prosenttia maailmankaikkeuden energiasisällöstä, sen tarkka luonne on edelleen mysteeri.
Tässä artikkelissa sinulla on mahdollisuus tutkia syvällisesti pimeän energian käsitettä, sen löytämisen historiaa, teorioita, jotka yrittävät selittää sitä, ja haasteita, joita tutkijat kohtaavat pyrkiessään ymmärtämään tätä kosmista arvoitusta. Et voi missata tätä kutsua, ota selvää, mikä se on Pimeä energia: Universumin laajenemisen mysteeri.
Mitä on pimeä energia?
Pimeä energia on teoreettisen fysiikan ja kosmologian käsite, jota käytetään kuvaamaan energiamuoto, joka näyttää olevan läsnä kaikkialla avaruudessa ja on mukana universumin kiihtyvässä laajenemisessa.
Se vie 70% kosmisesta tilasta ja sen tarkkaa luonnetta ei vielä tunneta. Tiedämme vain, että se on olemassa ja miten se käyttäytyy, ja tämän osoittavat kosmologiset havainnot, joista on muotoiltu teoreettisia malleja, jotka selittävät kuinka tämä salaperäinen energiamuoto vaikuttaa kosmiseen organisaatioon.
Miten tumma energia käyttäytyy maailmankaikkeudessa?
Tähtitieteelliset havainnot viittaavat siihen on vastuussa maailmankaikkeuden laajenemisen kiihtymisestä koska noin 6,145 XNUMX miljoonaa vuotta sitten toimi hylkivänä gravitaatiovoimana.
Albert Einsteinin muotoileman yleisen suhteellisuusteorian puitteissa pimeää energiaa voitaisiin pitää lisäenergian ja massan lähteenä, joka edistää aika-avaruuden kaarevuutta. Tällä tavalla pimeää energiaa voisi olla a kosmologinen vakio, eräänlainen muoto tyhjiöenergiaa joka pysyy vakiona ajassa ja tilassa.
Muut teoriat puolestaan ehdottavat pimeää energiaa voidaan liittää dynaamisiin energiakenttiin, kuten kvintessenssikenttä tai kvintessenssi, jotka voivat muuttua ajan myötä ja niillä on nestemäisiä ominaisuuksia.
Kuten näemme, teoreettiset mallit ovat erilaisia ja jokainen niistä viittaa erilaiseen lähestymistapaan yrittäessään selittää tämän omituisen energiamuodon luonnetta ja sen käyttäytymistä universumissa. Myöhemmin perehdymme teoreettisiin malleihin, jotka tähän asti yrittävät selittää, mitä pimeä energia on.
Pimeä energia ja pimeä aine eivät ole sama asia
On tärkeää olla sekoittamatta pimeää energiaa pimeään aineeseen, ne ovat kaksi hyvin erilaista käsitettä kosmologiasta, ja vaikka molemmat muodostavat suurimman osan maailmankaikkeuden koostumuksesta, niillä on eri roolit.
- Pimeä aine on aineen muoto, ja siksi konkreettinen massa, jolla sellaisenaan on voimakas gravitaatiovaikutus maailmankaikkeuden näkyvään aineeseen.
- Pimeä energia puolestaan on hypoteettinen tai teoretisoitu energiamuoto. jonka olemassaolo on pelkkä päätelmä vaikutuksesta, joka sillä on universumin nopeutuneeseen laajenemiseen, mikä johtaa tuntemattoman luonteen salaperäiseen voimaan. Pimeää energiaa ei voida käsitellä tavanomaisena energiamuotona, ja siksi se on vaikeampi ymmärtää kuin pimeä aine.
Yhteenvetona voidaan todeta, että pimeä aine on aineen muoto, kun taas pimeä energia liittyy kenttään, joka vie koko tilan ja on runsaampaa kuin pimeä aine.
Miten Dark Energy on löydetty?
Seuraavilla riveillä teemme lyhyen kiertueen teoreettisen fysiikan historiaan, joka johti pimeän energian löytämiseen. Aloitamme:
Einsteinin kosmologinen vakio
Einsteinin itsensä mukaan kosmologinen vakio "oli hänen suurin virheensä". Tiede rakentuu kuitenkin "virheiden kertymisen" avulla ja se mahdollistaa sen edistymisen. Ehkä tuo "virhe" oli likimääräinen universumin syvemmälle tiedolle.
Albert Einstein ehdotti kosmologista vakiota saadakseen vakaan ratkaisun gravitaatiokenttäyhtälölleen, joka johtaisi osoittamiseen universumiin, joka on paikallaan.
Edwin Hubblen havainnot osoittivat kuitenkin, että maailmankaikkeus laajenee., ja siellä Einstein viittasi kosmologiseen vakioon "suurimpana virheensä". Fysiikan historia oli tällä hetkellä alkusoittoa universumin laajenemisen syyn: pimeän energian löytämiselle.
Universumin laajenemisen kiihtyvyys
Kahden tähtitieteilijäryhmän vuonna 1998 tekemä kaukaisten supernovien löytö oli virstanpylväs kosmologian historiassa, mikä sai tutkijat muotoilemaan "palan, joka sopisi palapeliin", joka selittäisi maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen: pimeää energiaa ehdotettiin tuon kiihtyvyyden syyksi.
Pimeän energian teoriat ja selittävät mallit
Kosmologinen vakio ja tyhjiön energia
Yksi hyväksytyimmistä teorioista pimeän energian selittämiseksi on, että se liittyy itse aika-avaruuden tyhjiön energiaan.
Einsteinin kosmologinen vakio voidaan tulkita tyhjiöenergian ilmentymäksi., jolla on vastenmielinen vaikutus maailmankaikkeuden laajenemiseen. Suhteellisuusteorian mukaan pimeä energia vaikuttaisi siis siihen "avaruus-aika-kudokseen", joka tukee maailmankaikkeutta, kaareutuen ja aiheuttaen sen laajenemisen.
Kvintessenssi- ja skalaarikentät
Toinen teoria ehdottaa, että pimeä energia voisi olla eräänlainen muoto "kvintessenssi", ainetyyppi, jonka energiatiheys voi vaihdella ajassa ja tilassa.
Tämä kvintessenssi liittyisi skalaarikenttiin, joiden panos energiatiheyteen voisi muuttua hitaasti ajan myötä.
Kosmologiset havainnot osoittavat pimeän energian olemassaolon
Tyyppi Ia Supernova
Ensimmäiset suorat todisteet pimeästä energiasta tulivat havainnoista universumin laajenemisnopeuden kiihtymisestä tutkimalla tyypin Ia supernoveja. Nämä kirkkaasti kuolevat tähdet sallitut tähtitieteilijät laskea etäisyydet isäntägalakseihinsa ja määrittää, kuinka nopeasti he siirtyivät pois meistä.
Kosminen taustasäteily
Muita todisteita pimeän energian olemassaolosta saatiin havainnoimalla kosminen taustasäteily, joka on alkuräjähdyksen lämpökaiku. Tämän säteilyn lämpötilan vaihteluiden tarkat mittaukset ovat antaneet tutkijoille mahdollisuuden arvioida pimeän energian määrää maailmankaikkeudessa erittäin tarkasti.
Nykyiset pimeän energian tutkimuksen projektit
Dark Energy Survey (DES)
The Dark Energy Survey on tähtitieteellinen havaintoprojekti, jonka tavoitteena on saada parempi käsitys pimeästä energiasta mittaa galaksien jakautumista ja maailmankaikkeuden laajenemista. Tämä projekti käyttää havaintojensa suorittamiseen Victor M. Blanco -teleskooppia Cerro Tololo Inter-American Observatoryssa Chilessä.
Nancy Gracen roomalainen avaruusteleskooppi
Nancy Gracen roomalainen avaruusteleskooppi, joka on tarkoitus laukaista seuraavan vuosikymmenen aikana, pyrkii tutkimaan pimeää energiaa ja tarjoamaan syvempää tietoa sen luonteesta. Tämä avaruusteleskooppi on suunniteltu toimimaan tarkat mittaukset maailmankaikkeuden laajenemisesta kosmisen ajan kuluessa.
Joitakin vaihtoehtoisia selityksiä pimeästä energiasta
Muutokset yleiseen suhteellisuusteoriaan
Yksi mahdollisuus selittää pimeää energiaa on se, että Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ei sovellu kosmologisiin mittakaavaihin ja sitä on muutettava. Kuitenkin tähän asti mikään yritys muuttaa yleistä suhteellisuusteoriaa ei ole kyennyt poistamaan pimeää energiaa muita havaintoja rikkomatta.
Pimeän aineen tehosteet
Toinen vaihtoehtoinen selitys voisi olla, että pimeä energia on a toissijainen vaikutus pimeän aineen vuorovaikutuksesta painovoiman ja tyhjiön energian kanssa kosmisissa mittakaavassa. Vaikka tämä ajatus on mielenkiintoinen, tämän hypoteesin tueksi ei vieläkään ole lopullista näyttöä.
Universumin tulevaisuus
Aina laajeneva universumi
Jos olemme varmoja jostakin asiasta, se on se, että maailmankaikkeus laajenee kiihtyvällä vauhdilla ja se johtuu "mitä" tiedemiehet ovat kutsuneet pimeäksi energiaksi.
Pimeän energian läsnäolo viittaa siis siihen, että universumi jatkaa laajentumista tulevina aikoina, eikä mikään näytä pysäyttävän sen kiihtymistä. Eli kaukaisessa tulevaisuudessa melkein kaikki galaksit katoavat näkyvistämme jättäen meidät yksin yhä tyhjempään ja pimeämpään maailmankaikkeuteen. Lievästi sanottuna hämmentävää, emme tiedä, selviääkö ihmislaji nähdäkseen sen.
Kylmä ja synkkä kohtalo?
Jos pimeä energia hallitsee edelleen universumin laajenemista, on mahdollista, että se saavuttaa lopulta tilan ns. "lämpökuolema", jossa kaikki tähdet on kulutettu eikä energia riitä uusien kosmisten rakenteiden luomiseen. Tässä skenaariossa maailmankaikkeudesta tulisi yhä kylmä ja pimeämpi.
Päätelmä
Pimeä energia on yksi modernin kosmologian suurimmista mysteereistä. Sen löytö on saanut tutkijat etsimään uusia teorioita ja selityksiä tälle arvoitukselle.
Vaikka pimeän energian ymmärtäminen ei ole vielä täysin ymmärrettävää, se on edelleen tähtitieteellisen tutkimuksen prioriteetti. Projekteissa, kuten Dark Energy Survey ja Nancy Grace Roman Space Telescope, Tiedemiehet toivovat voivansa selvittää pimeän energian mysteerin ja paljastaa lopulta universumin todellisen luonteen, jossa elämme.
Mitä mieltä sinä olet? Universumin kohtalo ja käyttäytyminen on ylivoimaista, ja kaikki sen ansiosta la Pimeä energia: Universumin laajenemisen mysteeri.