Tamsioji energija: kas tai ir kodėl Visata plečiasi
Sužinokite, kas yra tamsioji energija ir kodėl Visata plečiasi sparčiau — naujausi paaiškinimai, stebinantys kosmologus.
Tamsioji energija - taip vadinama jėga, kuri, kaip manoma, didina visatą. Atrodo, kad tolimos galaktikos nuo mūsų tolsta dideliu greičiu: manoma, kad visata didėja ir didėja nuo pat Didžiojo sprogimo. Dabar matavimai yra pakankamai tikslūs, kad astronomai galėtų pasakyti, jog šios galaktikos tarsi greitėja nuo mūsų. Visata plečiasi vis sparčiau.
Mokslininkai nesupranta šio vis spartesnio plėtimosi. Yra daugybė idėjų, kas galėtų lemti spartų plėtimąsi. Tačiau šiuo metu jį tyrinėjantys kosmologai neturi atsakymo. Atrodo, tarsi tuščioje erdvėje būtų kažkas, teikiantis atstumiančią jėgą (antigravitaciją), dėl kurios Visata plečiasi. Tai buvo pavadinta tamsiąja energija.
2011 m. moksliniame straipsnyje išdėstyta teorinės fizikos problema.
Įrodymai, kad Visata plečiasi sparčiau
Pagrindiniai stebėjimai, kurie pirmieji parodė spartėjantį Visatos plėtimąsi, yra tipo Ia supernovų šviesio matavimai. Tokios supernovos naudojamos kaip „standartiškos žvakės“ — jų tikroji šviesa yra pakankamai gerai žinoma, tad galima nustatyti atstumus iki tolimų objektų. 1998–1999 m. atlikti palyginimai parodė, kad tolimos supernovos yra silpnesnės, nei būtų galima tikėtis be papildomo plėtimosi — tai ir buvo aiškinama Visatos spartėjimu.
Kiti nepriklausomi įrodymai ateina iš kokios šaltinio — kosminis foninis mikrobanginis spinduliavimas (CMB), matuotas misijomis kaip WMAP ir Planck, bei iš banginių akustinėmis oscilacijomis (BAO) grindžiamų atstumų matavimų. Visi šie duomenys suderinami su modeliu, kuriame apie 68–70 % Visatos energijos sudaro tamsioji energija.
Ką galime manyti apie tamsiąją energiją?
Keletas pagrindinių idėjų:
- Kosmologinis konstantas (Λ): paprasčiausias paaiškinimas — tai pastovi energija, susijusi su vakuumo savybėmis. Ji turi pastovų tankį laike ir erdvėje, o jos poveikis gravitacijai yra atstumiančio pobūdžio.
- Vakuumo energija: kvantinės lauko teorijos prognozuoja vakuumo energiją, tačiau skaičiai čia neatitinka stebėjimų (skirtumas yra didžiulis), todėl tai lieka neišspręsta problema.
- Kintanti lauke energija (kvintesencija): idėja, kad tamsioji energija gali būti dinaminis laukas, kurio reikšmė keičiasi laike ir erdvėje. Tokiu atveju jos poveikis gali skirtis nuo paprasto kosmologinio konstantos.
- Modifikuota gravitacija: galbūt Einsteino viso mastelio gravitacijos dėsniai turi papildomų komponentų ar pakeitimų, kurie pasireiškia dideliuose atstumuose ir sukelia spartėjimą.
Kokios pasekmės ir kokios galimos ateities vizijos?
Tamsioji energija lemia, kad Visatos plėtimasis ne tik tęsiasi, bet ir spartėja. Tai keičia ilgalaikes Visatos likimo prognozes:
- Jei tamsioji energija išliks pastovi (Λ), Visata artės prie Didžiojo šalčio (Big Freeze) scenarijaus: galaktikos tolsta viena nuo kitos, žvaigždžių susidarymas nyksta ir Visata palaipsniui šals.
- Jei tamsioji energija stiprėtų laikui bėgant, galimas Didysis plyšimas (Big Rip), kai plėtimasis galiausiai iširtų net atominius ryšius. Tai yra mažiau tikėtina pagal dabartinius duomenis.
Kas dar neaišku ir ką tyrinėja mokslininkai?
Vis dar neaišku, kas tiksliai yra tamsioji energija. Dabartiniai stebėjimai gerai aprašo jos poveikį, bet ne atsiradimo mechanizmą. Svarbiausi neišspręsti klausimai:
- Kodėl tamsiosios energijos tankis yra būtent toks (kodėl jis nesudaro, pavyzdžiui, daug mažesnės ar daug didesnės reikšmės)?
- Ar tamsioji energija yra pastovi, ar kintanti laike?
- Ar reikalingi pakeitimai gravitacijos teorijose?
Matuojantys projektai ir ateitis
Siekiant geriau suprasti tamsiąją energiją, atliekami dideli stebėjimai ir misijos: Planck, DES (Dark Energy Survey), būsimos misijos ir programos — Euclid, Rubin Observatory (LSST) ir kt. Šie projektai tikslina kosmologinius parametrus, matuoja Hubble konstanta (H0), BAO, supernovų duomenis ir CMB smulkias anizotropijas.
Svarbu paminėti ir vadinamąją H0 įtampą: vietiniai H0 matavimai (pvz., naudojant supernovas ir Cepheides) duoda truputį didesnę H0 reikšmę nei CMB duomenys. Ši neatitikimų problema gali nurodyti į naują fizikos elementą arba sistemines matavimo klaidas — tai šiuo metu aktyviai tiriama.
Santrauka
Tamsioji energija — viena didžiausių šiuolaikinės fizikos ir kosmologijos mįslių. Ji paaiškina, kodėl Visata plečiasi vis sparčiau, tačiau jos prigimtis lieka neaiški. Tolimesni stebėjimai ir teoriniai darbai siekia atskleisti, ar tai yra kosmologinis konstantas, vakuumo savybė, dinaminis laukas ar ženklas, kad mūsų gravitacijos teorija turi būti išplėsta.
Susiję puslapiai
- Tamsioji medžiaga
- Hubble'o dėsnis
- Metrinis erdvės plėtimasis
- Gamtos laiko juosta
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra tamsioji energija?
A: Tamsioji energija - tai jėga, kuri, kaip manoma, spartina Visatos plėtimąsi.
Klausimas: Kodėl atrodo, kad tolimos galaktikos nuo mūsų tolsta dideliu greičiu?
A: Taip yra todėl, kad nuo Didžiojo sprogimo visata vis didėja.
K: Kaip astronomai gali pasakyti, kad tolimos galaktikos nuo mūsų tolsta vis greičiau?
A: Astronomai gali atlikti tikslius matavimus ir nustatyti, kad galaktikos nuo mūsų tolsta.
K: Ar visata plečiasi pastoviu greičiu?
Atsakymas: Ne, visata plečiasi vis greičiau.
K: Dėl kokios priežasties visata vis sparčiau plečiasi?
A: Visatos plėtimosi spartėjimo priežastis yra tamsiosios energijos jėga.
K: Ką tamsiosios energijos teorija rodo apie visatos ateitį?
A.: Tamsiosios energijos teorija rodo, kad visata ir toliau plėsis vis sparčiau, o galiausiai įvyks "Didysis sustingimas" arba "Didysis plyšimas".
K.: Kiek svarbūs tamsiosios energijos matavimai mūsų supratimui apie visatą?
A: Tamsiosios energijos matavimai yra labai svarbūs mūsų supratimui apie visatą, nes leidžia suprasti būsimą visatos plėtimąsi ir jos galutinį likimą.
Ieškoti