Temná energia: keď vesmír „zamrzol“

Nový vysvetľujúci model zrýchlenia kozmickej expanzie je založený na kvintesenciálnom poli

Budúci vývoj vesmíru závisí aj od temnej energie: V závislosti od jeho charakteristík by sa mohol rozpadnúť („veľký roztrh“) alebo sa zrútiť („veľký rozpad“). © NASA
čítať nahlas

2, 2 miliardy rokov po Veľkom tresku bol vesmír tak ochladený, že jedna z jeho zložiek bola prakticky „zmrznutá“: pole, ktoré pôsobí proti gravitácii a riadi expanziu vesmíru. To je v každom prípade predpokladané novým kozmologickým modelom, ktorý je teraz uverejnený v časopise Physical Review B. Vysvetľuje existenciu tajomnej temnej energie a zrýchlenej kozmickej expanzie prostredníctvom takzvaného kvintesenciálneho poľa, ktoré nahrádza Einsteinovu kozmologickú konštantu.

{1 l}

Vesmír sa rozširuje - Albert Einstein to uznal. Preto vo svojej teórii všeobecnej relativity zaviedol kozmologickú konštantu, ktorá vysvetľuje, prečo sa vesmír nezohľadňuje pod vplyvom gravitácie. Pri pozorovaní supernov v 90. rokoch objavili astrofyzici, že táto expanzia vesmíru neklesá podľa očakávania, ale dokonca sa zrýchľuje. Ale prečo? Doteraz bola známa iba sila, ktorá pôsobí na veľké vzdialenosti medzi astronomickými objektmi, gravitáciou. Ako však ukazujú pozorovania, spôsobuje to príťažlivosť, nie odpor.

Temná energia ako kľúč

Odvtedy kozmológovia a astrofyzici horúčkovito hľadajú možné vysvetlenia a často sa zameriavajú na Einsteinovu kozmologickú konštantu so svojimi antigravitačnými vlastnosťami. Jednou je temná energia ako tvar poľa, ktorý pôsobí proti gravitácii. Viac ako 70 percent všetkej hmoty a energie pozostáva z tejto neviditeľnej a nezmerateľnej negatívnej sily. Tieto modely však nebolo možné potvrdiť pozorovaním, takže fyzici predpokladajú, že tieto postulované polia nereagujú alebo len ťažko interagujú s normálnou hmotou a energiou.

„Jednou z veľmi neuspokojivých vlastností mnohých existujúcich vysvetlení temnej energie je to, že sa dajú veľmi ťažko testovať, “ vysvetľuje Robert Scherrer, profesor fyziky na Vanderbiltovej univerzite. Spolu so svojimi kolegami Stephen Tsu a Davidom Reebom z univerzity v Oregone predstavil nový model. Hlavné rozdiely oproti predchádzajúcim: ich takzvané kvintesenciálne pole môže veľmi dobre interagovať s normálnou hmotou, a teda mať pozorovateľné následky. zobraziť

Monotónne pole s odpudivým účinkom

Nová teória porovnáva kvintesenciu s inými základnými silami a poľami, ako je gravitácia a elektromagnetizmus, ale tiež jej prepožičiava jedinečné a odlišné vlastnosti. Vo svojom modeli je samotný priestor zdrojom odpudivej sily, ktorá riadi vesmír od seba. Táto myšlienka nie je nová, pretože podľa kvantovej teórie je prázdny priestor vyplnený pármi virtuálnych častíc, ktoré spontánne vznikajú a zmiznú príliš rýchlo, aby sa dali zistiť.

Podľa vedcov je táto subatomárna aktivita logickým zdrojom temnej energie, pretože obidva sú rovnomerne rozložené v priestore. Jeho hustota neklesá s rozširovaním vesmíru, na rozdiel od normálnej hmoty a energie, ktoré sa postupne rozširujú. Kvintesenciálne pole pôsobí ako druh antigravitačnej sily: tlačí predmety od seba, namiesto toho, aby ich priťahovali ako gravitácia.

„Zmrazenie“ temnej energie spomalilo expanziu

Jednou z odlišností novej teórie od predchádzajúcej teórie je konkrétna, preukázateľná predpoveď vo vzťahu k expanzii vesmíru. Pretože pole kvintesencie interaguje s normálnou hmotou, vedci predpokladajú významnú zmenu stavu, pretože vesmír sa po 2, 2-ročnom období po Veľkom tresku výrazne ochladil. Polia prešli fázovým prechodom cez „zamrzol“ a jeho hustota energie náhle klesla z predchádzajúcej veľmi vysokej na relatívne nižšiu úroveň, akú má dnes.

Prebytočná energia mala byť emitovaná vo forme tmavého žiarenia, nedetegovateľného žiarenia. Podľa Scherrera a Tsu však musí tento fázový prechod zanechať merateľné stopy. Pretože podľa Einsteina gravitácia pozostáva z energie a okamihu, zmena kvintesenciálneho poľa a tým aj temnej energie by charakteristickým spôsobom spomalila expanziu vesmíru v tejto fáze.

V priebehu nasledujúcich desiatich rokov by sa tento „zlom“ v expanznej krivke mohol potvrdiť alebo vyvrátiť. Už teraz veľké astronomické mapovania začali sledovať expanziu vesmíru v priebehu jeho vývoja pomocou vzdialených supernov.

Vysokoenergetické zrážky vo veľkých urýchľovačoch častíc, ako napríklad LHC v CERN pri Ženeve, by mohli navyše stimulovať temné energetické pole a tieto podnety sa môžu javiť ako exotické, nikdy predtým pozorované subatomárne častice. V tomto zmysle by najbližšie roky mohli byť rozhodujúce pre rozvoj kozmológie a pre našu predstavu o vesmíre.

(Vanderbiltova univerzita, 11.05.2009 - NPO)