Năng lượng tối là một trong những hiện tượng bí ẩn và chưa được biết đến nhiều nhất trong lĩnh vực vũ trụ học.. Mặc dù thực tế là nó đại diện cho khoảng 70% hàm lượng năng lượng của vũ trụ, bản chất chính xác của nó vẫn còn là một bí ẩn.
Trong bài viết này, bạn sẽ có cơ hội khám phá sâu về khái niệm năng lượng tối, lịch sử khám phá ra nó, các lý thuyết cố gắng giải thích nó và những thách thức mà các nhà khoa học phải đối mặt trong hành trình tìm hiểu bí ẩn vũ trụ này. Bạn không thể bỏ lỡ lời mời này, tìm hiểu nó là gì Năng lượng tối: Bí ẩn về sự giãn nở của vũ trụ.
Năng lượng tối là gì?
Năng lượng tối là một khái niệm trong vật lý lý thuyết và vũ trụ học được dùng để mô tả một dạng năng lượng dường như hiện diện khắp không gian và tham gia vào quá trình giãn nở đang tăng tốc của vũ trụ.
Nó chiếm 70% không gian vũ trụ và bản chất chính xác của nó vẫn chưa được biết. Chúng ta chỉ biết rằng nó tồn tại và nó hoạt động như thế nào, và điều này được chứng minh bằng các quan sát vũ trụ mà từ đó các mô hình lý thuyết đã được xây dựng để giải thích cách thức dạng năng lượng bí ẩn này ảnh hưởng đến tổ chức vũ trụ.
Năng lượng tối hoạt động như thế nào trong Vũ trụ?
Các quan sát thiên văn cho thấy rằng chịu trách nhiệm cho sự tăng tốc giãn nở của vũ trụ kể từ khoảng 6,145 triệu năm trước hoạt động như một lực hấp dẫn đẩy.
Từ khuôn khổ của thuyết tương đối rộng do Albert Einstein xây dựng, năng lượng tối có thể được coi là một nguồn năng lượng và khối lượng bổ sung góp phần tạo nên độ cong của không-thời gian. Theo cách này, năng lượng tối có thể là một hằng số vũ trụ, một hình thức năng lượng chân không mà không đổi trong thời gian và không gian.
Mặt khác, các lý thuyết khác đề xuất rằng năng lượng tối có thể được liên kết với các trường năng lượng độngthích anh ấy trường tinh túy hoặc tinh hoa, có thể thay đổi theo thời gian và có các đặc tính giống như chất lỏng.
Như chúng ta có thể thấy, các mô hình lý thuyết rất đa dạng và mỗi mô hình chỉ ra một cách tiếp cận khác nhau nhằm cố gắng giải thích bản chất của dạng năng lượng kỳ lạ này và cách nó hoạt động trong vũ trụ. Sau đó, chúng ta sẽ đi sâu vào các mô hình lý thuyết mà cho đến nay vẫn cố gắng giải thích năng lượng tối là gì.
Năng lượng tối và Vật chất tối không giống nhau
Điều quan trọng là không nhầm lẫn năng lượng tối với vật chất tối, chúng là hai khái niệm rất khác nhau từ vũ trụ học và mặc dù cả hai đều tạo nên phần lớn thành phần của vũ trụ, nhưng chúng đóng những vai trò khác nhau.
- Vật chất tối là một dạng vật chất, và do đó, một khối lượng hữu hình, như vậy gây ra ảnh hưởng hấp dẫn mạnh đối với vật chất nhìn thấy được của vũ trụ.
- Mặt khác, năng lượng tối là một dạng năng lượng giả định hoặc được lý thuyết hóa. sự tồn tại của nó chỉ là suy luận từ tác động của nó đối với sự giãn nở có gia tốc của vũ trụ, dẫn đến một lực bí ẩn không rõ bản chất. Năng lượng tối không thể được coi là một dạng năng lượng thông thường và do đó là một khái niệm khó hiểu hơn vật chất tối.
Tóm lại, vật chất tối là một dạng vật chất, trong khi năng lượng tối được liên kết với một trường chiếm toàn bộ không gian và phong phú hơn vật chất tối.
Năng lượng tối đã được phát hiện như thế nào?
Trong vài dòng tiếp theo, chúng ta sẽ lướt qua lịch sử vật lý lý thuyết đã dẫn đến việc khám phá ra năng lượng tối. Chúng ta bắt đầu:
Hằng số vũ trụ của Einstein
Theo chính Einstein, hằng số vũ trụ "là sai lầm lớn nhất của ông." Tuy nhiên, khoa học được xây dựng bằng cách "tích lũy lỗi" và điều đó cho phép nó tiến bộ. Có lẽ "sai lầm" đó là một sự hiểu biết gần đúng về vũ trụ.
Albert Einstein đã đề xuất hằng số vũ trụ để thu được nghiệm ổn định cho phương trình trường hấp dẫn của ông, mà sẽ dẫn đến việc chỉ ra một vũ trụ ở trạng thái đứng yên.
Tuy nhiên, các quan sát của Edwin Hubble cho thấy vũ trụ đang giãn nở., và chính tại đó Einstein gọi hằng số vũ trụ là "sai lầm lớn nhất của ông." Lịch sử vật lý vào thời điểm này đang mở đầu cho việc khám phá ra nguyên nhân của sự giãn nở của vũ trụ: năng lượng tối.
Gia tốc giãn nở của vũ trụ
Việc hai nhóm nhà thiên văn học phát hiện ra các siêu tân tinh ở xa vào năm 1998 đã đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử vũ trụ học, khiến các nhà khoa học đưa ra công thức "mảnh ghép phù hợp với câu đố" giải thích sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ: năng lượng tối được đề xuất là nguyên nhân của sự gia tốc đó.
Các lý thuyết và mô hình giải thích về năng lượng tối
Hằng số vũ trụ và năng lượng của chân không
Một trong những lý thuyết được chấp nhận nhiều nhất để giải thích năng lượng tối là nó có liên quan đến năng lượng của chân không của chính không-thời gian.
Hằng số vũ trụ của Einstein có thể được hiểu là biểu hiện của năng lượng chân không., có tác dụng đẩy lùi sự giãn nở của vũ trụ. Do đó, từ thuyết tương đối, năng lượng tối sẽ ảnh hưởng đến "kết cấu không-thời gian" hỗ trợ vũ trụ, làm cong nó và gây ra sự giãn nở của nó.
Trường tinh túy và trường vô hướng
Một giả thuyết khác cho rằng năng lượng tối có thể là một dạng "tinh túy", một loại vật chất có mật độ năng lượng có thể thay đổi theo thời gian và không gian.
Tinh túy này sẽ liên quan đến các trường vô hướng, những đóng góp của chúng vào mật độ năng lượng có thể thay đổi chậm theo thời gian.
Các quan sát vũ trụ cho thấy sự tồn tại của Năng lượng tối
Siêu tân tinh loại Ia
Bằng chứng trực tiếp đầu tiên về năng lượng tối đến từ các quan sát về sự gia tốc của tốc độ giãn nở của vũ trụ bằng cách nghiên cứu siêu tân tinh loại Ia. Những ngôi sao sáng sắp chết này nhà thiên văn học được phép tính toán khoảng cách đến các thiên hà chủ của chúng và xác định xem họ đã rời xa chúng tôi nhanh như thế nào.
Bức xạ nền vũ trụ
Bằng chứng khác về sự tồn tại của năng lượng tối thu được qua việc quan sát bức xạ nền vũ trụ, là tiếng vang nhiệt của Big Bang. Các phép đo chính xác về dao động nhiệt độ trong bức xạ này đã cho phép các nhà khoa học ước tính lượng năng lượng tối trong vũ trụ với độ chính xác cao.
Các dự án hiện tại cho nghiên cứu năng lượng tối
Khảo sát năng lượng tối (DES)
Khảo sát năng lượng tối là một dự án quan sát thiên văn nhằm tìm cách hiểu rõ hơn về năng lượng tối thông qua đo lường sự phân bố của các thiên hà và sự giãn nở của vũ trụ. Dự án này đang sử dụng kính viễn vọng Victor M. Blanco tại Đài thiên văn liên Mỹ Cerro Tololo ở Chile để thực hiện các quan sát của mình.
Kính thiên văn vũ trụ Nancy Grace Roman
Kính thiên văn vũ trụ Nancy Grace Roman, dự kiến ra mắt trong thập kỷ tới, nhằm mục đích nghiên cứu năng lượng tối và cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về bản chất của nó. Kính viễn vọng không gian này được thiết kế để thực hiện các phép đo chính xác về sự giãn nở của vũ trụ theo thời gian vũ trụ.
Một số cách giải thích khác về năng lượng tối
Những sửa đổi đối với Thuyết tương đối rộng
Một khả năng để giải thích năng lượng tối là thuyết tương đối rộng của Einstein không áp dụng được cho quy mô vũ trụ và phải được sửa đổi. Tuy nhiên, cho đến nay, không có nỗ lực sửa đổi thuyết tương đối rộng nào có thể loại bỏ năng lượng tối mà không vi phạm các quan sát khác.
Hiệu ứng vật chất tối
Một cách giải thích khác có thể là năng lượng tối là một hiệu ứng thứ cấp của sự tương tác của vật chất tối với lực hấp dẫn và năng lượng của chân không trên quy mô vũ trụ. Mặc dù ý tưởng này rất thú vị, nhưng vẫn chưa có bằng chứng chắc chắn nào ủng hộ giả thuyết này.
Tương lai của vũ trụ
Một vũ trụ không ngừng mở rộng
Nếu có một điều chúng ta chắc chắn, thì đó là vũ trụ đang giãn nở với tốc độ ngày càng tăng và đó là do "cái" mà các nhà khoa học gọi là năng lượng tối.
Do đó, sự hiện diện của năng lượng tối ngụ ý rằng vũ trụ sẽ tiếp tục mở rộng trong thời gian tới, dường như không có gì có thể ngăn cản sự tăng tốc của nó. Vì vậy, trong một tương lai xa, gần như tất cả các thiên hà sẽ biến mất khỏi tầm nhìn của chúng ta, để lại chúng ta một mình trong một vũ trụ ngày càng trống rỗng và tối tăm. Điều đáng lo ngại nhất là chúng ta không biết liệu loài người có sống sót để nhìn thấy nó hay không.
Một số phận lạnh lùng và đen tối?
Nếu năng lượng tối tiếp tục chi phối sự giãn nở của vũ trụ, có thể cuối cùng nó sẽ đạt đến một trạng thái gọi là "chết nóng", trong đó tất cả các ngôi sao sẽ bị tiêu hao và sẽ không có đủ năng lượng để tạo ra các cấu trúc vũ trụ mới. Trong kịch bản này, vũ trụ sẽ ngày càng trở nên lạnh lẽo và tối tăm.
trong kết luận
Năng lượng tối là một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ học hiện đại. Khám phá của nó đã khiến các nhà khoa học tìm kiếm những lý thuyết và lời giải thích mới cho bí ẩn này.
Mặc dù chưa được hiểu đầy đủ, nhưng việc tìm kiếm để hiểu rõ hơn về năng lượng tối tiếp tục là ưu tiên hàng đầu trong nghiên cứu thiên văn. Với các dự án như Khảo sát năng lượng tối và Kính thiên văn vũ trụ Nancy Grace Roman, Các nhà khoa học hy vọng sẽ làm sáng tỏ bí ẩn về năng lượng tối và cuối cùng tiết lộ bản chất thực sự của vũ trụ mà chúng ta đang sống.
Bạn nghĩ sao? Số phận và hành vi của vũ trụ là áp đảo, và tất cả là nhờ la Năng lượng tối: Bí ẩn về sự giãn nở của vũ trụ.