พลังงานมืด: ความลึกลับของการขยายตัวของจักรวาล

พลังงานมืดเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่ลึกลับและไม่รู้จักมากที่สุดในสาขาจักรวาลวิทยา. แม้จะมีข้อเท็จจริงที่ว่ามันเป็นตัวแทนประมาณ 70% ของเนื้อหาพลังงานของจักรวาล ธรรมชาติที่แน่นอนของมันยังคงเป็นปริศนา

ในบทความนี้ คุณจะมีโอกาสสำรวจเชิงลึกเกี่ยวกับแนวคิดของพลังงานมืด ประวัติการค้นพบ ทฤษฎีที่พยายามอธิบาย และความท้าทายที่นักวิทยาศาสตร์ต้องเผชิญในการทำความเข้าใจปริศนาจักรวาลนี้ คุณไม่ควรพลาดคำเชิญนี้ ค้นหาว่ามันคืออะไร พลังงานมืด: ความลึกลับของการขยายตัวของจักรวาล

 พลังงานมืดคืออะไร?

พลังงานมืดเป็นแนวคิดทางฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและจักรวาลวิทยาที่ใช้อธิบาย รูปแบบของพลังงานที่ดูเหมือนจะมีอยู่ทั่วอวกาศและเกี่ยวข้องกับการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพ

มันครอบครอง 70% ของพื้นที่จักรวาลและ ยังไม่ทราบลักษณะที่แน่นอนของมัน. เรารู้เพียงว่ามันมีอยู่จริงและมันทำงานอย่างไร และสิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากการสังเกตทางจักรวาลวิทยาซึ่งได้กำหนดแบบจำลองทางทฤษฎีขึ้นมาเพื่ออธิบายว่ารูปแบบพลังงานลึกลับนี้มีอิทธิพลต่อการจัดระเบียบของจักรวาลอย่างไร

พลังงานมืดมีพฤติกรรมอย่างไรในจักรวาล?

ข้อสังเกตทางดาราศาสตร์ชี้ให้เห็นว่า มีหน้าที่เร่งการขยายตัวของเอกภพ เมื่อประมาณ 6,145 ล้านปีก่อน ทำหน้าที่เป็นแรงโน้มถ่วงที่น่ารังเกียจ

จากกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่คิดค้นโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ พลังงานมืดอาจถูกพิจารณาว่าเป็นแหล่งพลังงานและมวลเพิ่มเติมที่ก่อให้เกิดความโค้งของกาลอวกาศ ด้วยวิธีนี้พลังงานมืด อาจจะเป็น ค่าคงที่ของจักรวาลวิทยา, รูปแบบของ พลังงานสุญญากาศ ซึ่งคงที่ในกาลเวลาและอวกาศ

ในทางกลับกัน ทฤษฎีอื่นๆ เสนอว่าพลังงานมืด อาจเกี่ยวข้องกับสนามพลังงานไดนามิกชอบ เขตแก่นสารหรือแก่นสารซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลาและมีคุณสมบัติคล้ายของไหล

อย่างที่เราเห็น แบบจำลองทางทฤษฎีมีหลากหลายและแต่ละแบบชี้ไปที่แนวทางที่แตกต่างกันเพื่อพยายามอธิบายธรรมชาติของพลังงานรูปแบบประหลาดนี้และวิธีการทำงานของมันในเอกภพ ในภายหลังเราจะเจาะลึกถึงแบบจำลองทางทฤษฎีที่จนถึงขณะนี้พยายามอธิบายว่าพลังงานมืดคืออะไร

พลังงานมืดและสสารมืดไม่เหมือนกัน

สิ่งสำคัญคืออย่าสับสนระหว่างพลังงานมืดกับสสารมืด ทั้งสองอย่างนี้มีแนวคิดที่แตกต่างกันอย่างมากจากจักรวาลวิทยา และแม้ว่าทั้งสองจะเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ของจักรวาล แต่ก็มีบทบาทที่แตกต่างกัน

• สสารมืดเป็นสสารรูปแบบหนึ่งและด้วยเหตุนี้ มวลที่จับต้องได้ซึ่งมีอิทธิพลต่อแรงโน้มถ่วงอย่างสูงต่อสสารที่มองเห็นได้ของเอกภพ
• ในทางกลับกัน พลังงานมืดเป็นพลังงานรูปแบบสมมุติฐานหรือทฤษฎี การมีอยู่ของมันเป็นเพียงการอนุมานจากผลของมันต่อการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพ ส่งผลให้เกิดพลังลึกลับจากธรรมชาติที่ไม่รู้จัก พลังงานมืดไม่สามารถถือว่าเป็นรูปแบบพลังงานทั่วไปได้ ดังนั้นจึงเป็นแนวคิดที่เข้าใจยากกว่าสสารมืด

โดยสรุป สสารมืดเป็นสสารรูปแบบหนึ่ง ในขณะที่พลังงานมืดเกี่ยวข้องกับสนามที่ครอบครองพื้นที่ทั้งหมดและมีมากมายกว่าสสารมืด

พลังงานมืดถูกค้นพบได้อย่างไร?

ในอีกไม่กี่บรรทัดข้างหน้า เราจะกล่าวถึงประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่นำไปสู่การค้นพบพลังงานมืดโดยสังเขป เราเริ่ม:

ค่าคงที่จักรวาลวิทยาของไอน์สไตน์

ตามที่ไอน์สไตน์กล่าวเอง ค่าคงที่ของจักรวาลวิทยา "เป็นความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่สุดของเขา" อย่างไรก็ตาม วิทยาศาสตร์ถูกสร้างขึ้นโดย "การสะสมข้อผิดพลาด" และนั่นทำให้เกิดความก้าวหน้า บางที "ความผิดพลาด" นั้นอาจเป็นการประมาณความรู้ที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นของจักรวาล

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เสนอค่าคงที่ของจักรวาลวิทยาเพื่อให้ได้คำตอบที่เสถียรสำหรับสมการสนามโน้มถ่วงของเขา ซึ่ง ย่อมนำไปสู่การชี้ไปสู่เอกภพที่อยู่ในสภาพหยุดนิ่ง

อย่างไรก็ตาม ข้อสังเกตของ Edwin Hubble แสดงให้เห็นว่าเอกภพกำลังขยายตัวและที่นั่นเองที่ไอน์สไตน์กล่าวถึงค่าคงที่ของจักรวาลว่าเป็น "ความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่สุดของเขา" ประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์อยู่ในช่วงเวลานี้ก่อนที่จะค้นพบสาเหตุของการขยายตัวของเอกภพ: พลังงานมืด

ความเร่งของการขยายตัวของเอกภพ

การค้นพบซูเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกลโดยนักดาราศาสตร์สองทีมในปี 1998 นับเป็นเหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์ของจักรวาลวิทยา ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถกำหนด "ชิ้นส่วนที่จะไขปริศนาได้" ที่จะอธิบายการขยายตัวที่เร่งขึ้นของเอกภพ: พลังงานมืดถูกเสนอว่าเป็นสาเหตุของความเร่ง

ทฤษฎีและแบบจำลองเชิงอธิบายของพลังงานมืด

ค่าคงที่ของจักรวาลและพลังงานของสุญญากาศ

หนึ่งในทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดในการอธิบายพลังงานมืดคือมันเกี่ยวข้องกับพลังงานของสุญญากาศของกาลอวกาศ

ค่าคงที่จักรวาลของไอน์สไตน์สามารถตีความได้ว่าเป็นการแสดงออกของพลังงานสุญญากาศซึ่งมีผลน่ารังเกียจต่อการขยายตัวของเอกภพ ดังนั้น จากทฤษฎีสัมพัทธภาพ พลังงานมืดจะมีอิทธิพลต่อ "ผืนผ้าอวกาศ-เวลา" ที่รองรับจักรวาล โค้งงอ และทำให้เกิดการขยายตัว

แก่นสารและสนามสเกลาร์

อีกทฤษฎีหนึ่งเสนอว่าพลังงานมืดอาจเป็นรูปแบบของ "แก่นสาร", ประเภทของสสารที่มีความหนาแน่นของพลังงานอาจแตกต่างกันไปตามเวลาและพื้นที่

แก่นสารนี้จะเกี่ยวข้องกับสนามสเกลาร์ ซึ่งมีส่วนร่วมในความหนาแน่นของพลังงานอาจเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ เมื่อเวลาผ่านไป

การสังเกตการณ์ทางจักรวาลวิทยาแสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของพลังงานมืด

ซูเปอร์โนวาประเภท Ia

หลักฐานโดยตรงชิ้นแรกของพลังงานมืดมาจากการสังเกตการเร่งความเร็วของอัตราการขยายตัวของเอกภพโดยการศึกษาซูเปอร์โนวาประเภท Ia ดาวฤกษ์ที่สุกสว่างเหล่านี้ อนุญาตให้นักดาราศาสตร์ คำนวณระยะทางไปยังดาราจักรแม่ข่ายและ กำหนดว่าพวกเขาเคลื่อนห่างจากเราเร็วแค่ไหน

การแผ่รังสีพื้นหลังของจักรวาล

หลักฐานอื่น ๆ สำหรับการมีอยู่ของพลังงานมืดได้มาจากการสังเกตของ การแผ่รังสีพื้นหลังของจักรวาล ซึ่งเป็นการสะท้อนความร้อนของบิกแบง การวัดความผันผวนของอุณหภูมิอย่างแม่นยำในการแผ่รังสีนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถประเมินปริมาณพลังงานมืดในเอกภพได้อย่างแม่นยำ

โครงการปัจจุบันสำหรับการวิจัยพลังงานมืด

การสำรวจพลังงานมืด (DES)

การสำรวจพลังงานมืดเป็นโครงการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ที่พยายามทำความเข้าใจเกี่ยวกับพลังงานมืดผ่าน วัดการกระจายของดาราจักรและการขยายตัวของเอกภพ. โครงการนี้ใช้กล้องโทรทรรศน์ Victor M. Blanco ที่หอดูดาว Cerro Tololo Inter-American ในชิลีเพื่อทำการสังเกตการณ์

กล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซี เกรซ โรมัน

กล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซี เกรซ โรมัน ซึ่งมีกำหนดเปิดตัวในทศวรรษหน้า มีเป้าหมายเพื่อศึกษาพลังงานมืดและให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับธรรมชาติของมัน กล้องโทรทรรศน์อวกาศนี้ออกแบบมาเพื่อใช้งาน การวัดการขยายตัวของเอกภพในช่วงเวลาเอกภพอย่างแม่นยำ

คำอธิบายทางเลือกบางประการของพลังงานมืด

การปรับเปลี่ยนทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ความเป็นไปได้ประการหนึ่งที่จะอธิบายพลังงานมืดคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ใช้ไม่ได้กับมาตราส่วนจักรวาลวิทยาและต้องได้รับการแก้ไข อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ ไม่มีความพยายามที่จะแก้ไขทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่สามารถกำจัดพลังงานมืดได้ โดยไม่ขัดต่อข้อสังเกตอื่น

ผลกระทบของสสารมืด

คำอธิบายทางเลือกอื่นอาจเป็นได้ว่าพลังงานมืดคือ ผลรองจากอันตรกิริยาของสสารมืดกับแรงโน้มถ่วงและพลังงานของสุญญากาศ ในระดับจักรวาล แม้ว่าแนวคิดนี้จะน่าสนใจ แต่ก็ยังไม่มีหลักฐานที่ชัดเจนที่จะสนับสนุนสมมติฐานนี้

อนาคตของจักรวาล

จักรวาลที่เคยขยายตัว

หากมีสิ่งหนึ่งที่เราแน่ใจ นั่นคือเอกภพกำลังขยายตัวในอัตราที่เพิ่มขึ้น และเกิดจาก "สิ่งที่" นักวิทยาศาสตร์เรียกว่าพลังงานมืด

ดังนั้นการมีอยู่ของพลังงานมืดจึงบอกเป็นนัยว่าเอกภพจะยังคงขยายตัวต่อไปในอนาคต ดูเหมือนจะไม่มีอะไรหยุดความเร่งของมันได้ ดังนั้นในอนาคตอันไกลโพ้น กาแลคซีเกือบทั้งหมดจะหายไปจากสายตาของเรา ทิ้งเราไว้ตามลำพังในเอกภพที่ว่างเปล่าและมืดมิดมากขึ้นเรื่อยๆ. รบกวนพูดน้อยเราไม่รู้ว่าเผ่าพันธุ์มนุษย์จะอยู่รอดหรือไม่

ชะตากรรมที่เย็นชาและมืดมน?

หากพลังงานมืดยังคงครอบงำการขยายตัวของเอกภพ เป็นไปได้ว่าในที่สุดมันจะไปถึงสถานะที่เรียกว่า "ร้อนตาย"ซึ่งดวงดาวทั้งหมดจะถูกเผาผลาญและจะไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะสร้างโครงสร้างจักรวาลใหม่ ในสถานการณ์นี้ เอกภพจะหนาวเย็นและมืดลงมากขึ้นเรื่อยๆ

ในข้อสรุป

พลังงานมืดเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ การค้นพบนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ค้นหาทฤษฎีใหม่และคำอธิบายสำหรับปริศนานี้

แม้ว่าจะยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่การค้นหาความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับพลังงานมืดยังคงมีความสำคัญในการวิจัยทางดาราศาสตร์ ด้วยโครงการอย่างการสำรวจพลังงานมืดและกล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซี เกรซ โรมัน นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะไขความลึกลับของพลังงานมืดและเปิดเผยธรรมชาติที่แท้จริงของจักรวาลที่เราอาศัยอยู่ในที่สุด  

คุณคิดอย่างไร? ชะตากรรมและพฤติกรรมของจักรวาลนั้นท่วมท้นและต้องขอบคุณ la พลังงานมืด: ความลึกลับของการขยายตัวของจักรวาล