Keď sa pred 20 rokmi ukázalo, že rozširovanie vesmíru sa zrýchľovalo, vedci predložili úplné, jednoduché a testovateľné vysvetlenie. Ale ako prišlo čoraz viac experimentálnych a observačných údajov, príčina temnej energie - pravdepodobne dôvod tohto zrýchlenia - zostala nepolapiteľná. Aj keď je to technicky rovnocenné s „kozmologickou konštantou“(alebo energiou vlastnou v samotnom priestore), neexistuje žiadna možnosť, ako odvodiť jej hodnotu. Ale ak si pamätáme, že umiestnenie určitých foriem hmoty do prázdneho priestoru mení sily pôsobiace v tejto veci, je možné, že temná energia vzniká podľa veľmi jednoduchého princípu: pretože hmota ako taká existuje v našom vesmíre.
Zhluková mapa galaxií v našom vesmíre. Prítomnosť týchto štruktúr môže vysvetliť prítomnosť a silu temnej energie ako celku.
Väčšina síl a javov má pôvod, ktorý je ľahké odhaliť. Dva masívne objekty zažívajú gravitačnú silu kvôli skutočnosti, že časopriestor je deformovaný kvôli prítomnosti hmoty a energie. Vesmír sa rozšíril, pretože má svoju vlastnú históriu zmien v hustote energie vo vesmíre a počiatočných podmienok pre expanziu. A všetky častice vo vesmíre interagujú určitým spôsobom vďaka známym pravidlám teórie kvantového poľa a výmene vektorových bozónov. Od najmenších subatomárnych častíc po najväčšie mierky pôsobia rovnaké sily na pohon bozónov a galaxií.
Silná interakcia, ku ktorej dochádza v dôsledku prítomnosti „zmeny farby“a výmeny gluónov, drží jadrá atómov pohromade
Aj tie najzáhadnejšie javy vo svojom jadre obsahujú vysvetlenia, ktoré sú dobre známe. Nevieme, prečo je vo vesmíre viac hmoty ako antihmota, ale vieme, že podmienky, ktoré na to potrebujeme - porušovanie baryónového čísla, porušovanie C a CP - sa odohrávajú. Nevieme, aká je povaha temnej hmoty, ale jej všeobecné vlastnosti, kde sa nachádza a ako sa zhluky dobre chápu. Tiež nevieme, či čierne diery zachovávajú informácie alebo nie, ale rozumieme konečnému a počiatočnému stavu týchto objektov, ako aj tomu, ako sa rodia a čo sa v priebehu času stane s ich horizontmi udalostí.
Ilustrácia čiernej diery a jej prostredia, urýchľovacieho a nafukovacieho disku. Počiatočný a konečný stav čiernych dier sa dá dobre predpovedať, aj keď nie je strata alebo uchovávanie informácií
Ale je tu jedna vec, ktorej vôbec nerozumieme: temná energia. Môžeme samozrejme zmerať zrýchlenie vesmíru a presne pochopiť jeho veľkosť. Ale prečo máme dokonca vesmír s nenulovou temnou energiou? Prečo má prázdny priestor, v ktorom nie je nič - bez ohľadu na to, či je zakrivené, žiadne žiarenie, nič - pozitívnu nenulovú energiu? A prečo toto množstvo energie, ktorá bola nepredstaviteľne maličká a úplne neviditeľná počas prvých miliárd rokov histórie vesmíru, začalo vesmír zachytávať až vtedy, keď sa v ňom objavila Zem?
Ilustrácia protoplanetárneho disku, v ktorom sa tvoria planéty a planetesimály, ktoré vytvárajú medzery na disku. Pred štyrmi až piatimi miliardami rokmi, keď sa formovala naša slnečná sústava, temná energia začala súčasne zachytávať rozširovanie vesmíru a hustotu energie
Propagačné video:
Existuje veľa zaujímavých vecí, ktoré môžeme spájať s temnou energiou a vesmírom ako celkom. Existuje veľa prázdneho priestoru, do ktorého prenikajú kvantové polia. Vo vesmíre nie sú žiadne oblasti, do ktorých prenikajú gravitačné, elektromagnetické alebo jadrové sily; sú všade. Ak sa pokúsime vypočítať takzvanú vákuovú očakávanú hodnotu (kondenzát) rôznych kvantových polí, stretneme sa s nekonečným počtom pojmov a môžeme ich napísať iba približne. Vždy sa budeme zaoberať približnými hodnotami. A pokiaľ vieme, nie sú vyvážené a vesmír sa nespomaľuje - v skutočnosti sa zrýchľuje. Samotný priestor má nejakú trochu nenulovú energiu. A vďaka tejto energii sa vzdialené galaxie vo vesmíre vzdialia od nás stále sa zvyšujúcou rýchlosťou,hoci pomaly, ale neustále.
Otázka „prečo?“nikdy neprestáva mučiť teoretikov. Prečo sa vesmír rozširuje rýchlejšie a rýchlejšie? Nemôžeme vysvetliť prítomnosť tejto temnej energie v ničom. Možno len málo chápeme samotný vesmír. Existuje však aj iná možnosť, o ktorej sa zriedka uvažuje: možno táto vlastnosť prázdneho priestoru je determinovaná prítomnosťou iných vecí - napríklad hmoty - vo vesmíre.
A existuje dôvod domnievať sa, že je to možné, čo sa nazýva Casimirov efekt. Poznáme ho dobre.
Ilustrácia Casimirovho efektu a ako sa sily mimo doštičiek líšia od síl medzi nimi
Aká je elektromagnetická sila prázdneho priestoru? Nulová, samozrejme. Pri absencii poplatkov, prúdov a látok na interakciu bude nulová, žiadna sranda. Ak však umiestnite dve kovové platne do určitej vzdialenosti medzi nimi a potom sa znova opýtate, aká bude elektromagnetická sila, prestane byť nulová. Vzhľadom na to, že niektoré režimy kvantových fluktuácií sú kvôli hraniciam doštičiek zakázané, nielen predpovedáme, ale meráme aj nenulovú silu medzi týmito doskami, ktorá sa objavuje doslova z prázdneho priestoru. A čo je najzaujímavejšie, všetky sily, vrátane gravitačných síl, prejavujú Casimirov efekt.
Mapa viac ako milióna galaxií vo vesmíre; v každom bode je samostatná galaxia. Rôzne farby predstavujú vzdialenosti; červená - ďalej
Čo sa stane, keď sa pokúsime aplikovať tento efekt na celý vesmír a vypočítať ho? Odpoveď je jednoduchá: dostaneme niečo, čo nejakým spôsobom zodpovedá temnej energii, iba - opäť - iného poradia. A to môže byť preto, že nevieme úplne, aké sú hraničné podmienky vesmíru alebo ako správne vypočítať kvantovo-gravitačný účinok.
Mapovanie vesmíru môže byť najjednoduchšou súčasťou. Je nepravdepodobné, že budeme čakať na pozorovaný alebo experimentálny prielom, ktorý nás dovedie k pochopeniu temnej energie, najnepriepustnejšej sily vo vesmíre. Možno budeme potrebovať teoretický prielom. A možno bude spojená s anomáliou stopy, so zmenou dynamickej veľkosti alebo so stopou ďalších dimenzií. Iba nedávno sme našli jeho najťažšie tajomstvo vysvetliť. Možno, že riešenie bude vo fyzike, ktorú už poznáme.
Ilja Khel