אנרגיה אפלה היא אחת התופעות האניגמטיות והבלתי ידועות ביותר בתחום הקוסמולוגיה.. למרות העובדה שהוא מייצג כ-70% מתכולת האנרגיה של היקום, הטבע המדויק שלו נותר בגדר תעלומה.
במאמר זה, תהיה לך הזדמנות לחקור לעומק את המושג של אנרגיה אפלה, את ההיסטוריה של גילויה, את התיאוריות שמנסות להסביר אותה, ואת האתגרים שעומדים בפני מדענים במסע שלהם להבין את החידה הקוסמית הזו. אתה לא יכול לפספס את ההזמנה הזו, גלו מהי אנרגיה אפלה: תעלומת התפשטות היקום.
מהי אנרגיה אפלה?
אנרגיה אפלה היא מושג בפיזיקה תיאורטית ובקוסמולוגיה המשמש לתיאור צורת אנרגיה שנראית קיימת בכל החלל ומעורבת בהתפשטות המואצת של היקום.
הוא תופס 70% מהמרחב הקוסמי ו טיבו המדויק עדיין לא ידוע. אנו יודעים רק שהוא קיים ואיך הוא מתנהג, וזה מודגם על ידי תצפיות קוסמולוגיות שמהן גובשו מודלים תיאורטיים המסבירים כיצד צורת האנרגיה המסתורית הזו משפיעה על הארגון הקוסמי.
כיצד מתנהגת אנרגיה אפלה ביקום?
תצפיות אסטרונומיות מצביעות על כך אחראי על האצת התפשטות היקום מאז לפני כ-6,145 מיליון שנים פועל ככוח כבידה דוחה.
מתוך המסגרת של תורת היחסות הכללית, שנוסחה על ידי אלברט איינשטיין, אנרגיה אפלה יכולה להיחשב כמקור נוסף של אנרגיה ומסה התורם לעקמומיות של מרחב-זמן. בדרך זו, אנרגיה אפלה יכול להיות א קבוע קוסמולוגי, צורה של אנרגיית ואקום שנשאר קבוע בזמן ובמרחב.
תיאוריות אחרות, לעומת זאת, מציעות את האנרגיה האפלה יכול להיות קשור לשדות אנרגיה דינמייםכמו שדה תמצית או תמצית, שיכול להשתנות עם הזמן ובעל תכונות דמויות נוזל.
כפי שאנו יכולים לראות, המודלים התיאורטיים מגוונים וכל אחד מהם מצביע על גישה שונה בניסיון להסביר את מהות צורת האנרגיה המוזרה הזו וכיצד היא מתנהגת ביקום. בהמשך נעמיק במודלים התיאורטיים שעד כה מנסים להסביר מהי אנרגיה אפלה.
אנרגיה אפלה וחומר אפל אינם זהים
חשוב לא לבלבל בין אנרגיה אפלה לחומר אפל, הם שני מושגים שונים מאוד מהקוסמולוגיה, ולמרות ששניהם מהווים את רוב הרכב היקום, הם ממלאים תפקידים שונים.
- חומר אפל הוא סוג של חומר, ולכן, מסה מוחשית, אשר ככזו מפעילה השפעה כבידה חזקה על החומר הנראה של היקום.
- אנרגיה אפלה, לעומת זאת, היא צורה היפותטית או תיאורטית של אנרגיה. שקיומו הוא רק היסק מההשפעה שהוא מפעיל על ההתפשטות המואצת של היקום, וכתוצאה מכך כוח מסתורי בעל טבע לא ידוע. לא ניתן להתייחס לאנרגיה אפלה כאל צורה קונבנציונלית של אנרגיה ולכן היא מושג קשה יותר להבנה מחומר אפל.
לסיכום, חומר אפל הוא סוג של חומר, בעוד שאנרגיה אפלה קשורה לשדה שתופס את כל החלל ושופע יותר מחומר אפל.
כיצד התגלתה אנרגיה אפלה?
בשורות הבאות נערוך סיור קצר בהיסטוריה של הפיזיקה התיאורטית שהובילה לגילוי האנרגיה האפלה. אנחנו מתחילים:
הקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין
לפי איינשטיין עצמו, הקבוע הקוסמולוגי "היה הטעות הגדולה ביותר שלו". עם זאת, המדע בנוי על ידי "הצטברות של טעויות" וזה מאפשר את התקדמותו. אולי אותה "טעות" הייתה קירוב לידע מעמיק יותר של היקום.
אלברט איינשטיין הציע את הקבוע הקוסמולוגי כדי להשיג פתרון יציב למשוואת שדה הכבידה שלו, אשר יוביל להצבעה על יקום שנמצא במצב נייח.
עם זאת, תצפיותיו של אדווין האבל הראו שהיקום מתפשט., ושם התייחס איינשטיין לקבוע הקוסמולוגי כ"הטעות הכי גדולה שלו". ההיסטוריה של הפיזיקה הייתה ברגע זה בהקדמה לגילוי הגורם להתפשטות היקום: אנרגיה אפלה.
האצת התפשטות היקום
גילוי סופרנובות רחוקות על ידי שני צוותים של אסטרונומים ב-1998 סימן אבן דרך בהיסטוריה של הקוסמולוגיה, והוביל את המדענים לנסח את "החתיכה שתתאים לפאזל" שתסביר את התפשטות היקום המואצת: אנרגיה אפלה הוצעה כגורם לאותה תאוצה.
תיאוריות ומודלי הסבר של אנרגיה אפלה
הקבוע הקוסמולוגי ואנרגיית הוואקום
אחת התיאוריות המקובלות ביותר להסביר את האנרגיה האפלה היא שהיא קשורה לאנרגיה של הוואקום של המרחב-זמן עצמו.
ניתן לפרש את הקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין כביטוי של אנרגיית ואקום., שיש לו השפעה דוחה על התפשטות היקום. לפיכך, מתורת היחסות, אנרגיה אפלה תשפיע על אותו "מרקם מרחב-זמן" התומך ביקום, מעקם אותו וגורם להתפשטותו.
קווינטנס ושדות סקלרים
תיאוריה אחרת מציעה שאנרגיה אפלה יכולה להיות סוג של "תַמצִית", סוג של חומר שצפיפות האנרגיה שלו יכולה להשתנות בזמן ובמרחב.
תמצית זו תהיה קשורה לשדות סקלרים, שתרומתם לצפיפות האנרגיה עשויה להשתנות לאט לאורך זמן.
תצפיות קוסמולוגיות מראות את קיומה של אנרגיה אפלה
סוג Ia סופרנובות
העדות הישירה הראשונה לאנרגיה אפלה הגיעה מתצפיות על האצת קצב ההתפשטות של היקום על ידי חקר סופרנובות מסוג Ia. הכוכבים הגוססים הבהירים האלה מותר לאסטרונומים לחשב את המרחקים לגלקסיות המארחות שלהם ו לקבוע כמה מהר הם מתרחקים מאיתנו.
קרינת הרקע הקוסמית
עדויות אחרות לקיומה של אנרגיה אפלה הושגו באמצעות התבוננות ב קרינת הרקע הקוסמית, שהיא ההד התרמי של המפץ הגדול. מדידות מדויקות של תנודות הטמפרטורה בקרינה זו אפשרו למדענים להעריך את כמות האנרגיה האפלה ביקום בדיוק רב.
פרויקטים נוכחיים לחקר אנרגיה אפלה
סקר אנרגיה אפלה (DES)
סקר האנרגיה האפלה הוא פרויקט תצפית אסטרונומי המבקש להשיג הבנה טובה יותר של האנרגיה האפלה באמצעות מדידת התפלגות הגלקסיות והתפשטות היקום. פרויקט זה משתמש בטלסקופ Victor M. Blanco במצפה הכוכבים הבין-אמריקאי Cerro Tololo בצ'ילה כדי לבצע את התצפיות שלו.
טלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס
טלסקופ החלל הרומאי של ננסי גרייס, המתוכנן לשיגור בעשור הבא, שואף לחקור אנרגיה אפלה ולספק תובנה עמוקה יותר על טבעה. טלסקופ חלל זה נועד לבצע מדידות מדויקות של התפשטות היקום לאורך זמן קוסמי.
כמה הסברים חלופיים של אנרגיה אפלה
שינויים בתורת היחסות הכללית
אפשרות אחת להסביר את האנרגיה האפלה היא שתורת היחסות הכללית של איינשטיין אינה ישימה על סולמות קוסמולוגיים ויש לשנותה. עם זאת, עד עכשיו, שום ניסיון לשנות את תורת היחסות הכללית לא הצליח לחסל את האנרגיה האפלה מבלי להפר תצפיות אחרות.
אפקטים של חומר אפל
הסבר חלופי נוסף יכול להיות שאנרגיה אפלה היא א השפעה משנית של האינטראקציה של חומר אפל עם כוח המשיכה ואנרגיה של הוואקום בסולמות קוסמיים. למרות שהרעיון הזה מעניין, עדיין אין ראיות סופיות התומכות בהשערה זו.
עתידו של היקום
יקום הולך ומתרחב
אם יש דבר אחד שאנחנו בטוחים בו, זה שהיקום מתפשט בקצב הולך וגובר וזה בגלל "מה" שמדענים כינו אנרגיה אפלה.
נוכחותה של אנרגיה אפלה, אם כן, מרמזת שהיקום ימשיך להתרחב בזמנים הבאים, נראה שאין דבר שיעצור את האצה שלו. אז, בעתיד הרחוק, כמעט כל הגלקסיות ייעלמו מעינינו, וישאירו אותנו לבד ביקום יותר ויותר ריק ואפל. מטריד בלשון המעטה, אנחנו לא יודעים אם המין האנושי ישרוד כדי לראות את זה.
גורל קר ואפל?
אם האנרגיה האפלה תמשיך לשלוט בהתפשטות היקום, ייתכן שהיא תגיע בסופו של דבר למצב שנקרא "מוות מחום", שבו כל הכוכבים יתכלו ולא תהיה מספיק אנרגיה ליצירת מבנים קוסמיים חדשים. בתרחיש זה, היקום נעשה יותר ויותר קר וחשוך.
לסיכום
אנרגיה אפלה היא אחת התעלומות הגדולות ביותר של הקוסמולוגיה המודרנית. גילויו הוביל מדענים לחפש תיאוריות והסברים חדשים לחידה הזו.
למרות שעדיין לא מובן במלואו, החיפוש אחר הבנה טובה יותר של אנרגיה אפלה ממשיך להיות בראש סדר העדיפויות במחקר האסטרונומי. עם פרויקטים כמו סקר האנרגיה האפלה וטלסקופ החלל הרומאי של ננסי גרייס, מדענים מקווים לפענח את תעלומת האנרגיה האפלה ובסופו של דבר לחשוף את הטבע האמיתי של היקום שבו אנו חיים.
מה אתה חושב? גורלו והתנהגותו של היקום מכריע, והכל בזכות la אנרגיה אפלה: תעלומת התפשטות היקום.