Cila është energjia e errët e universit. Energjia e errët në univers

Doktor i shkencave fizike dhe matematikore I. rosizen

Pak vite më parë, astrofizikët zbuluan një fakt intrigues. Rezultatet e vëzhgimeve të supernovave të largëta treguan se universi zgjerohet dukshëm më shpejt se "përshkruan" teorinë e pranuar përgjithësisht: duket se është "prerja" e një forme të caktuar mbi natyrën e së cilës pothuajse asgjë nuk dihet. Supozohet se përfaqëson mbetjet e një fushe të caktuar që ekzistonte në momentet e para të jetës së universit, të cilat megjithatë është e mjaftueshme për të ndikuar në fatin e saj të mëtejshëm. Artikulli është shkruar në punën e E. Linder, profesorët e Laboratorit Kombëtar. Lawrence dhe qendra kozmologjike në Universitetin e Floridës, botuar në revistën "Cern Courier" në shtator 2003.

Nebula "lundron" - mbetjet e shpërthimit të supernova.

Snapshots e supernova më të largët, të bëra nga teleskopi hubble hapësirë.

Një përfaqësim skematik i zgjidhjeve të mundshme të ekuacioneve të teorisë së përgjithshme të relativitetit me energji vakum jo zero (konstante kozmologjike), krahasuar me të dhënat e vëzhgimit të supernova, rrezatimit relik dhe galaktikave.

Rezultatet e marra tashmë (me segmente vertikale që plotësojnë gabimet eksperimentale) dhe priten (pikat e kuqe) nga vëzhgimet e ardhshme supernova me vlerat madhështore të zhvendosjes së kuqe (ose vlera z).

Elementet kryesore të laboratorit orbital të parakohshëm (sonda supernova / përshpejtimi).

Struktura hapësinore e rrezatimit relik që plotëson universin.

Një version i ri i modelit kozmologjik standard të universit, i quajtur "Concordance kozmike"), u formulua së fundmi. Ai përshkruan një gamë të gjerë të fenomeneve brenda kuadrit të modelit tashmë të vërtetuar të universit të nxehtë, fillimin kryesor me të ashtuquajturën shpërthim të madh (shih "Shkencën dhe Jetën" nr. 11, 12, 1996). Sipas këtij versioni, të gjitha çështjet përbëhen nga tre komponentë kryesorë: Barionic (kryesisht nukleons dhe hyperons), e cila përshkruan modelin përgjithësisht të pranuar të grimcave elementare; Çështja jo-darium e errët, me sa duket e përfaqësuar ose nga i panjohur nga grimcat pothuajse të qëllimshme masive, ose aksionet hipotetike - shumë të lehta dhe gjithashtu shumë të dobëta me grimcat e Barion me zero spin, ekzistenca e të cilave gjithashtu nuk bie në kundërshtim me bazat e sasisë moderne teori; Dhe së fundi, kjo është vetëm një surprizë e papritur - energji e errët, në lidhje me natyrën fizike të të cilave ne praktikisht nuk dimë asgjë. Në të njëjtën kohë, Barioni përbën vetëm rreth 4% të të gjithë masës (ka një masë M. Kuptohet në kuptimin relativist si M.= E./c. 2, ku E. - energji të plotë, dhe c.- shpejtësia e dritës, dhe zakonisht përdorin sistemin e njësive në të cilat c. \u003d 1). Një pjesë e bankioneve është gjithashtu "e errët", ose mjaft e ftohtë, në kuptimin që nuk e zbulon veten direkt nga drita e yjeve të nxehtë. Çështja e errët është rreth 20-25% e të gjithë masës. Pjesa e luanit - 70-75% e të gjithë masës - bie në energji të errët, të cilat ende zbulojnë veten vetëm për atë që ndikon në shpejtësinë e zgjerimit global të universit. Kjo energji e sfondit është shpërndarë në mënyrë uniforme, në çdo rast, në një shkallë hapësinore që tejkalon dimensionet e të gjithë inhomogjenitjeve të njohura (le të themi, grupet e galaktikave).

Ideja e energjisë së errët ka origjinën në vitin 1998 dhe është e lidhur me vëzhgimet e Supernovy Stars, të cilat nga koha në kohë prishin qiellin nga koha në kohë dhe pastaj ata do të zhduken shpejt. Për shkak të pronave të saj unike, këto yje përdoren si shënues për të përcaktuar se si distanca kozmologjike ndryshohen me kalimin e kohës. Pra, në vitin 1998, dy grupe astrofizike janë vetëm në Shtetet e Bashkuara, dhe tjetra në Australi - pothuajse njëkohësisht zbuloi se supernova më të largëta nuk është aq e ndritshme, siç pritet, bazuar në faktin se universi është i mbushur me zhavorr me materie nga ligji i Njutonit, që është, në mënyrë të kundërt në proporcion me sheshin e distancës. Kjo do të thoshte se ato janë të vendosura më tej se sa do të duhej të ishin, nëse universi u zgjerua në fushën e forcave gravitacionale të zakonshme. Kështu, me një besueshmëri prej 99%, mund të argumentohet se në univers duhet të ketë një energji shtesë të aftë për të përballuar gravitatsi në distanca kozmologjike. Ajo është se ata filluan të kuptojnë fjalët "energji të errët".

Që atëherë, shumë prova të reja janë marrë në favor të kësaj deklarate - si në rrjedhën e vëzhgimeve të mëtejshme dhe më të besueshme të Supernova dhe si rezultat i një numri studimesh të tjera. Këto ishin, mbi të gjitha, matjet e hollësishme të spektrit të energjisë të rrezatimit relikt në laboratorët tokësorë dhe nga satelitët (shih "shkencën dhe jetën" nr. 1, 1993). Të njëjtat eksperimente kanë treguar se universi është i sheshtë (në çdo rast - pothuajse), domethënë, gjeometria hapësinore e dukshme e Evklidov, e cila është në përputhje me parashikimin e modelit inflacionist (shih "Shkencën dhe Jetën" nr. 8, 2002 ). Në të njëjtën kohë, vëzhgimet e akumulimeve të galaktikave sugjerojnë se materia e zakonshme (Baryon dhe Errët) mund të sigurojë vetëm 20-30% të nevojshme për këtë densitet mesatar të energjisë. Kështu, gjithçka konvergon në faktin se rreth tre të katërtat e kësaj dendësi duhet t'i atribuohet energjisë së errët, e cila përshpejton zgjerimin e universit.

Për natyrën e energjisë së errët

Ku vjen kjo energji e errët? Nuk ka përgjigje të kuptueshme për këtë pyetje, por zakonisht ata po përpiqen ta gjejnë atë, duke kombinuar ekuacionet e teorisë së përgjithshme të relativitetit (OTO) me ekuacionet e gjendjes së substancës, e cila për fillimet, do të flasim shkurtimisht.

Sipas ekuacioneve të gjendjes së substancës i referohet ndërvarësisë midis densitetit të totalit të energjisë dhe presionit p.Shembulli më i thjeshtë është ekuacioni i Klapirone për gaz të përsosur. p.= 2/3 ke. K \u003d \u003d 2/3 k.(E - r), ku k - Constant Boltzmann, e k është dendësia e energjisë kinetike dhe r - dendësia e masës së pushimit.

Në një medium jo relativist (ku madhësia e masës është shumë më e lartë se energjia e grimcave kinetike) presioni është i papërfillshëm në krahasim me dendësinë e energjisë së plotë, kështu që në këtë kontekst mund të konsiderohet thjesht e barabartë me zero me shumë të mirë saktësi. Në një mjedis relativist (kur, përkundrazi, energjia kinetike është shumë më e madhe se masa e paqes) dendësia e energjisë është vetëm tre herë më shumë presion, e. = 3p.. Dhe në shumën vakum e + p. \u003d 0, domethënë, ato ndryshojnë vetëm në shenjë (ndryshe, e / p. \u003d -1). Kjo e fundit rrjedh drejtpërsëdrejti nga fakti se, sipas kuptimit të saj, vakumi duhet të jetë invariant relativist, domethënë, duket në mënyrë të barabartë në të gjitha sistemet e koordinatave dhe ekuacioni i statusit i përmendur është i vetmi që plotëson këtë kërkesë. Në shikim të parë duket se në një vakum në përgjithësi "nuk ka asgjë", dhe, ajo u bë e thjeshtë e \u003d p \u003d. \u003d 0. Por argumente të tilla "natyrore" zhvillohen vetëm brenda kuadrit të teorisë klasike. Ajo ka qenë prej kohësh e vetëdijshme se densiteti i energjisë së një vakumi kuantik mund të ndryshojë nga zero dhe më saktë të rëndësishme (një shembull i kësaj është luhatje zero të paparashikuara).

Tani le të kthehemi në ekuacionet. Në to, vetë presioni "grabs", që është, në një kuptim të caktuar, bëhet në masë ekuivalente (energji), dhe shenja e ndërveprimit të plotë gravitacional përcaktohet nga shuma e shumës së + 3 p.. Nëse është pozitive - dhe kjo është padyshim kështu për çdo mjedis, përveç vakumit, është një tërheqje e njohur për ne. Por në vakum mund të ketë ndonjë gjë: atje hak + p. Vak \u003d 0, kështu që e wak + 3 p. Vak \u003d 2. p. HAP, dhe gjithçka varet nga shenja e presionit. Nese nje p. WAK і 0 (dhe, kjo do të thotë e hak ј), atëherë ajo ndryshon me cilësi të lartë: një vakum ose nuk do të ndikojë asgjë, ose do të shtojë disa të tjera të ndara në mënyrë të njëtrajtshme nga universi në "bojler të përbashkët". Por nëse p. Vak< 0 (и, значит, e вак > 0), vakumi do të sjellë komponentën anti-gravitetit në këtë "bojler të përbashkët" - neveri që është plotësisht i papërvojë. Fakti është se, duke u nisur në mënyrë uniforme në të gjithë hapësirën, ajo me distancë në rritje do të bëhet gjithnjë e më e shtypur tërheqjen e çështjes "të lokalizuar" dhe më shpejt ose më vonë domosdoshmërisht mbizotëron në kontributin e përgjithshëm gjatë gjithë volumit, duke siguruar varfërinë (dhe jo një tërheqje !) Çështjet përtej kufijve të saj!

Në thelb, kjo konsideratë bazohet në bazën e modelit inflacionist, i cili argumenton se në një univers shumë të hershëm, një energji e madhe (pozitive) e një vakumi ishte absolutisht e dominuar, e cila për këtë arsye ishte e fryrë me shpejtësi dhe substanca u shfaq vetëm më vonë.

Formalisht, një mënyrë e tillë mund të simulohet matematikisht, duke hyrë në ekuacionin nga një konstante pozitive kozmologjike. Vakum nga konstante kozmologjike jo-zero ka qenë prej kohësh studiuar në detaje dhe njihet si "Bota e De Sitter". Pronat e saj janë shumë interesante dhe kryesisht paradoksale, por diskutimi i tyre do të çonte në neve. Është interesante, megjithatë, se ekuacionet nga një konstante pozitive kozmologjike, duke përfshirë jo vetëm gravitetin, por edhe anti-gravitetin, në fillim mund të hedhin dritë, nëse jo në kuptim fizik, atëherë të paktën në një interpretim të caktuar matematik të energjisë së errët. Por këtu e gjejmë veten në fytyrën e një problemi pothuajse të padurueshëm.

Fakti është se madhësia e konstante kozmologjike e nevojshme për të shpjeguar madhësitë e vëzhguara të universit duke përdorur modelin inflacionist është aq i madh sa që tani energjia e errët duhet të tejkalojë energjinë e lidhur me çështjen e zakonshme, rreth 120 urdhra (që është 10 120 herë më shumë !). Ndërkohë, ajo, siç është përmendur tashmë, edhe pse më shumë, por ende ka të njëjtin rend të madhësisë.

Natyrisht, si rezultat i tranzicionit të fazës me ristrukturimin e një vakumi, i cili pothuajse padyshim ka ndodhur në universin e hershëm, konstante kozmologjike mund të ndryshonte (dhe me siguri të ndryshojë), por ende është krejtësisht e pakuptueshme, si dhe pse është kështu "mirë" -Tuning "ndodhi që ajo ka rënë 120 urdhra, dhe jo, le të themi, 10 ose 100 herë. Vërtetë, të ashtuquajturat pozicioni antropologjik është i mundur: nëse ndodh ndryshe, tani nuk do të kishte asnjë për të bërë pyetje të tilla. Megjithatë, nëse nuk e vendosni në pozitën e fatalistëve dhe nuk është e nevojshme që të gjitha gjërat të jenë të detyruara për vullnetin e rastit - në një fjalë, nëse nuk shqetësoni kokën e kokës në rërë, atëherë ajo është ende me vlerë të kërkojë për një përgjigje më informative.

Dhe është kontrolluar intensivisht. Ndjekja e të gjitha provave të reja eksperimentale të pranisë së energjisë së errët dhe përpjekjes për të kuptuar teorikisht rezultatet e tyre u shndërruan në një industri kozmologjike sot, duke përfshirë një shumëllojshmëri studimesh gjatë gjithë spektrit të kohës nga një herët në universin modern.

Ka shumë udhëzime për faktin se ekuacioni i gjendjes së energjisë së errët ka ndryshuar me kalimin e kohës, kështu që për rekreacionin e një pamje mjaft të plotë është e nevojshme të grumbullohen informacione në lidhje me të gjitha epokat e evolucionit të universit. Me fjalë të tjera, është e nevojshme të "skanoni" ekuacionin e gjendjes së tij sipas magnitudëve përkatëse të zhvendosjes së kuqe, e cila ndodh si rezultat i efektit Doppler. Ato përcaktohen nga një palë metër z. є (l 0 - l e) / l E, ku l 0 është gjatësia e valës së rrezatimit të marrë, l e është gjatësia e valës së rrezatimit të emetuar, ato merren direkt nga vëzhgimet. Ose, të njëjta, ekuacioni duhet të hulumtohet në të gjitha vlerat e vlerës (1 + z.) - Diferenca relative në shkallët kryesore hapësinore të universit nga "rinia e mjegullt" kur ishte 1 / (1 + z.) << 1 и, значит, красное смещение z. \u003e\u003e 1, deri më sot, kur 1 / (1 + z.) \u003d 1 (i.e. z. \u003d 0). Kështu, kozmologët do të marrin informacion mbi ngadalësimin e zgjerimit të universit për shkak të tërheqjes së materies dhe përshpejtimin e saj të energjisë së errët të vakumit në periudha të ndryshme historike është e ngjashme me mënyrën se si informacioni rreth ndryshimeve klimatike në tokë është tërhequr nga vëzhgimet e gjerësisë së unaza në spikes e pemëve.

Këtu, roli i rëndësishëm është caktuar për yjet supernova, shkëlqimi i dukshëm i të cilit ju lejon të gjykoni vetëm largësinë e tyre nga ne dhe, kjo do të thotë për momentin e shpërthimit të tyre, dhe ndryshimi i kuq në spektrin nuk është gjë tjetër veçse raporti i Madhësia e universit është tani dhe në atë kohë. Të marra së bashku, ata do të japin një pamje të plotë të natyrës së evolucionit të universit.

Drejtimi i dytë i studimeve të ardhshme përfshin akumulimin e të dhënave për rritjen e shkallës së formimit të strukturave në shkallë të gjerë në llojin e universit të galaktikave të grupimeve. Dhe së fundi, drejtimi i tretë është zbulimi i luhatjeve jashtëzakonisht të vogla hapësinore të energjisë së errët në matjen ultra-saktësi (saktësi) të të njëjtit anizotropë të vogël të spektrit të rrezatimit relikt.

Mundësitë e dy drejtimeve të fundit janë të kufizuara seriozisht në pasiguritë natyrore, në mënyrë të pashmangshme astrofizike dhe statistikat e hapësirës (në veçanti, fakti që ne kemi, mjerisht - vetëm një univers; është e njohur se kjo "mungesë e bezdisshme e natyrës" është e njohur duke luftuar fort duart dhe në studim një numër çështjesh të lidhura). Siç u përmend më lart, ata megjithatë mund të jenë shumë të dobishme për rezultate ndër-bërëse.

Në zbatimin e këtij programi të tërë dhe përbëhet nga detyra më themelore e kozmologjisë në vitet e ardhshme. Hulumtimet e mëtejshme duhet gjithashtu të kufizojnë arbitraritetin në zgjedhjen e parametrave të modeleve të ndryshme teorike dhe parashikojnë më shumë fatin e universit tonë, duke përfshirë, ndoshta, vlerësimin e kohës së mbetur në "gjykatën e tmerrshme të hapësirës" (vetëm në rast se nuk mund të jetë më pak se shumë miliardë vjet).

Slogus në artikull

Aksione - grimcat elementare që posedojnë (ndryshe nga të gjitha të tjera) të ashtuquajturat ngarkesë të Baryon. Siç tregon përvoja, ngarkesa e Baryon për një sistem të izoluar ruhet saktësisht ose me një shkallë shumë të lartë të saktësisë, edhe pse arsyeja për këtë është e panjohur. Shembujt më të njohur të Baryon - protonet dhe neutronët me një pagesë të aksioneve +1, si dhe anti-patch-et përkatëse - antitrarons, akuza Baryon për të cilën është -1.

Hyperons - "Strange" Barioni, me fjalë të tjera, Baryons që përmbajnë të paktën një quark të çuditshme.

Modeli i inflacionit - Skenari në të cilin supozohet se në momentet e para të ekzistencës së saj, universi ishte një "vakum i rremë" - një shtet metastable pa grimca të vërteta, të cilat nuk u kthyen menjëherë në një vakum të vërtetë fizik vetëm për shkak se ishte e nevojshme për të kapërcyer disa pengesa të mundshme. Ky vakum u zgjerua me një shpejtësi të madhe dhe, me tunnoing përmes barrierës së përmendur (ne kujtojmë se, ndryshe nga klasik, mekanika kuantike nuk e ndalon këtë - një shembull të ndarjes spontane të bërthamës dhe shumë tranzicioneve në solide), "ra" në një vakum të vërtetë fizik, energji që është dukshëm më e ulët. Si rezultat, energjia e madhe u nda, ndodhi ngrohja më e fortë, dhe grimcat e vërteta u shfaqën në univers (në përputhje me ligjet e zakonshme të termodinamikës). Që nga kjo kohë filloi dhe tani zgjerimi i saj (i pakrahasueshëm më i ngadalshëm) dhe ftohja graduale (natyrisht, "mesatarisht), siç është cilësore dhe parashikon modelin përgjithësisht të pranuar të universit të nxehtë.

Zero luhatje - Efekti i pastër kuantik, që do të thotë se grimca ose energjia në terren nuk mund të reduktohet në zero. Në rastin e fushave, energjia e tyre është zyrtarisht plotësisht e pafundme. Meqenëse zakonisht luajnë rolin e vetëm dallimeve të energjisë, kjo energji reduktohet në të gjitha llogaritjet. Megjithatë, energjia fiton një kuptim absolut.

Paqe de Sitter - Pra, është e zakonshme të thërrasë zgjidhje të ekuacioneve nga konstante kozmologjike, të cilat përshkruajnë shtetin vakum. Vetitë e këtyre të fundit varen nga shenja e këtij konstante dhe janë shumë të dallueshme nga "vakum bosh".

Konstante kozmologjike - Vlera e njohur gjithashtu e quajti L-Anëtar. Prania e një themeli të tillë në ekuacionet nga çdo gjë nuk është e ndaluar, dhe në fillim Ajnshtajni e konsideron atë edhe të nevojshme, pasi pa të i palëvizshëmUniversi me tërheqje është qartë i paqëndrueshëm. Kur u gjet vendimi jstabativ nga (universi i zgjerimit të Friedmanit), dhe sidomos kur doli se ishte ajo që plotëson realitetin, nevoja për një afat të gjatë për një përshkrim të brendshëm të brendshëm të universit modern, do të dukej, u zhduk. Dhe tani pyetja është përsëri në axhendë.

Ndryshim i kuq - Efekti Doppler, i cili është se frekuenca e dritës së dukshme (dhe në përgjithësi valët elektromagnetike) varet nga shpejtësia relative e emitterit dhe marrësi: aq më shpejt ata janë larguar nga njëri-tjetri, është më pak. Në universin e nxehtë, shpejtësitë relative të të gjitha trupave (në distancat kozmologjike) aq më shumë, aq më larg ata janë një nga tjetra. Si rezultat, rezulton se frekuenca që marrim zvogëlim (krahasuar me frekuencën e burimit fiks) në të njëjtën sasi kohe, sa herë shtrirja e universit në kohën e rrezatimit ishte më pak se tani. Ky faktor pranohet në formë (1 + z.) Sepse atëherë z -kjo është një zhvendosje e kuqe, zgjatja relative e valës elektromagnetike.

Masa e pushimit (Ajo dhe energjia e pushimit në sistemin e njësive, ku shpejtësia e dritës c.= 1) është një masë (energji) e një trupi fiks; masë e plotë (relativiste) (energji) e barabartë me masën e pushimit + energjia kinetike e trupit.

Ekzistojnë tri opsione për të shpjeguar thelbin e energjisë së errët:

Deri më sot (2017), të gjitha të dhënat e njohura të besueshme vëzhguese nuk bien në kundërshtim me hipotezën e parë, kështu që është pranuar në kozmologji si standarde. Zgjedhja përfundimtare midis dy opsioneve kërkon matje shumë të gjatë dhe me saktësi të lartë të shpejtësisë së zgjatjes së universit për të kuptuar se si ndryshon ky shpejtësi me kalimin e kohës. Ritmi i zgjerimit të universit përshkruhet nga ekuacioni kozmologjik i shtetit. Zgjidhja e ekuacionit të shtetit për energjinë e errët është një nga problemet më të ngutshme të kozmologjisë moderne të vëzhgimit.

Sipas botuar në mars të vitit 2013, vëzhgimet e Observatorit "Planck", energjia totale e energjisë së universit të vëzhguar me 95.1% përbëhen nga energjia e errët (68.3%) dhe lënda e errët (26.8%).

YouTube enciklopedike.

• 1 / 5

  Bazuar në vëzhgimet e kryera në fund të viteve 1990, yjet e vëzhgimit të tipit IA u konkludua se zgjerimi i universit përshpejton me kalimin e kohës. Pastaj këto vëzhgime u mbështetën nga burime të tjera: matjet e rrezatimit relik, linance gravitacionale, nucleossintezë e madhe shpërthyese. Të gjitha të dhënat e fituara përshtaten mirë në modelin Lambda-CDM.

  Konstanta kozmologjike ka një presion negativ të barabartë me densitetin e saj të energjisë. Arsyet për të cilat konstante kozmologjike ka një presion negativ, rrjedhin nga termodinamika klasike. Sasia e energjisë e përfunduar në volumin "Kutia me vakum" V (\\ displaystyle v)është e barabartë ρ v (\\ displaystyle \\ rho v)ku ρ (\\ DisplayStyle \\ Rho) - Dendësia e energjisë e konstancës kozmologjike. Rritja e vëllimit të "kutisë" ( D v (\\ DisplayStyle DV) Pozitivisht) çon në një rritje të energjisë së brendshme, dhe kjo do të thotë përmbushjen e punës negative. Ndërsa puna e kryer nga ndryshimi D v (\\ DisplayStyle DV)është e barabartë P D v (\\ DisplayStyle PDV)ku P (\\ DisplayStyle P) - Presioni, atëherë P (\\ DisplayStyle P) - negative dhe, në fakt, P \u003d - ρ (\\ DisplayStyle P \u003d - \\ Rho) (Koeficient C2 (\\ DisplayStyle C ^ (2))Masa dhe energjia e detyrueshme është e barabartë me 1).

  Problemi më i rëndësishëm i pazgjidhur i fizikës moderne është se shumica e teorive të fushës kuantike në bazë të energjisë së një vakumi kuantik, parashikojnë kuptimin e madh të konstancës kozmologjike - për shumë urdhra të tepruar të lejuar në përfaqësitë kozmologjike. Formula e zakonshme e teorisë së fushës kuantike për të përmbledhur luhatjet e fushës së zero vakum (me rrethprerjen e numrit të valëve të mënyrave osciluese që korrespondojnë me gjatësinë planaciane), jep një densitet të madh të energjisë vakum. Kjo vlerë, pra, duhet të kompensohet nga një veprim i caktuar, pothuajse i barabartë (por jo i barabartë) në modul, por që ka shenjë të kundërt. Disa teori supersymmetry (Sathish) kërkojnë që konstante kozmologjike të jetë me saktësi zero, e cila gjithashtu nuk kontribuon në zgjidhjen e problemit. I tillë është thelbi i problemit "Cosmological Constant", problemi më i vështirë i "akordimit të shkëlqyer" në fizikën moderne: asnjë metodë nuk është gjetur të rrjedhë nga fizika e grimcave elementare një kuptim jashtëzakonisht të vogël të konstancës kozmologjike të përcaktuar në kozmologji. Disa fizikantë, përfshirë Stephen Weinberg, e konsiderojnë t. N. "Parimi antropik" shpjegimi më i mirë i bilancit të mirë të vërejtur të energjisë së një vakumi kuantik.

  Përkundër këtyre problemeve, një konstante kozmologjike është në shumë mënyra zgjidhja më ekonomike për problemin e universit përshpejtues. E vetmja vlerë numerike shpjegon shumë vëzhgime. Prandaj, modeli kozmologjik aktual i pranuar përgjithësisht (Modeli Lambda-CDM) përfshin një konstante kozmologjike si një element thelbësor.

  Quintessence

  Një qasje alternative është propozuar në vitin 1987 nga Fiziko gjermane Christophe Fiziko. Gjethet dolën nga supozimi se energjia e errët është një lloj ngacmim pa grimca të një fushe të caktuar dinamike skalare të quajtur "Quintessence". Dallimi nga konstante kozmologjike është se dendësia e quintessence mund të ndryshojë në hapësirë \u200b\u200bdhe kohë. Në mënyrë që të mos "mblidhen" dhe të formojnë struktura në shkallë të gjerë pas shembullit të çështjes konvencionale (yjet, etj.), Duhet të jetë shumë e lehtë, domethënë të ketë një gjatësi vale të kompjuterave të mëdhenj.

  Nuk ka dëshmi të ekzistencës së Kingintessence ende nuk është zbuluar, por është e pamundur të përjashtohen ekzistencën e tillë. Hipoteza e Quintessence parashikon një përshpejtim pak më të ngadalshëm të universit, në krahasim me hipotezën e konstante kozmologjike. Disa shkencëtarë besojnë se shkeljet e ekuivalencës dhe variacioneve të Einsteinit të konstanteve themelore në hapësirë \u200b\u200bdo të ishin dëshmi më e mirë në favor të kwintessen. Ekzistenca e fushave skalare parashikohet nga modeli standard dhe teoria e vargjeve, por ekziston një problem i ngjashëm me variantin me konstante kozmologjike: teoria e renormalizimit parashikon që fushat skalare të fitojnë një masë të konsiderueshme.

  Problemi i rastësisë kozmike vë në dyshim çështjen pse përshpejtimi i universit filloi në një pikë të caktuar në kohë. Nëse përshpejtimi në univers filloi para këtij momenti, yjet dhe galaktikat thjesht nuk do të kishin kohë për të formuar, dhe jeta e tyre nuk do të kishte asnjë shans për shfaqjen e të paktën në formën e njohur për ne. Mbështetësit e "Parimit Anthrop" e konsiderojnë këtë fakt argumentin më të mirë në favor të ndërtimeve të tyre. Megjithatë, shumë modele të quintessence ofrojnë për të ashtuquajturën "sjellje pasuese", e cila zgjidh këtë problem. Në këto modele, fusha e kuintessence ka një dendësi që përshtatet me densitetin e rrezatimit (pa arritur atë) deri në zhvillimin e një shpërthimi të madh, kur ekuilibri i substancave dhe rrezatimit është. Pas kësaj, kuintesenca fillon të sillet si "energji e errët" e dëshiruar dhe përfundimisht dominon në univers. Një zhvillim i tillë natyrisht përcakton një vlerë të ulët të nivelit të energjisë së errët.

  Manifestimi i pronave të gravitetit të panjohur

  Ka një hipotezë se nuk ka asnjë energji të errët në të gjitha, dhe zgjerimi i përshpejtuar i universit është shpjeguar nga vetitë e panjohura të forcave të gravitetit, të cilat fillojnë të shfaqen në distanca të madhësisë së pjesës së dukshme të universit.

  Pasojat për fatin e universit

  Sipas vlerësimeve, zgjerimi i përshpejtuar i universit filloi rreth 5 miliardë vjet më parë. Supozohet se para se një zgjerim të ngadalësohet për shkak të veprimit gravitacional të lëndës së errët dhe çështjes së Baryon. Dendësia e Baryon materie në universin e zgjeruar zvogëlohet më shpejt se dendësia e energjisë së errët. Në fund, energjia e errët fillon të mbizotërojë. Për shembull, kur vëllimi i universit dyshe, dendësia e çështjes së Baryon është dyfishuar, dhe dendësia e energjisë së errët mbetet pothuajse e pandryshuar (ose saktësisht e pandryshuar - në variantin me konstante kozmologjike).

  Nëse zgjerimi i përshpejtimit të universit vazhdon pafundësisht, si rezultat i galaktikës jashtë ultrave tona, galaktikat do të dalin herët ose më vonë për horizontin e ngjarjeve dhe të bëhet i padukshëm për ne, pasi shpejtësia e tyre relative tejkalon shpejtësinë e dritës . Kjo nuk është një shkelje e teorisë së veçantë të relativitetit. Në fakt, është e pamundur të përcaktohet edhe "shpejtësia relative" në hapësirën spontane të hapësirës. Shpejtësia relative ka kuptim dhe mund të përcaktohet vetëm në një hapësirë \u200b\u200btë sheshtë, ose në një pjesë të vogël (duke u përpjekur për zero) një pjesë të hapësirës spontane. Çdo formular komunikimi më tej kufijtë e horizontit të ngjarjes bëhet e pamundur, dhe çdo kontakt midis objekteve është i humbur.

  Proceset e vëzhguara Hulumtim teorik
  • Modele kozmologjike
    • Shpërthim i madh
    • Univers Friedman
  • Kronologji kozmologjike

  Ka dy opsione për të shpjeguar thelbin e energjisë së errët:

  Deri më sot (2012), të gjitha të dhënat e njohura të besueshme vëzhguese nuk bien në kundërshtim me hipotezën e parë, kështu që pranohet në kozmologji si standarde. Zgjedhja përfundimtare midis dy opsioneve kërkon matje me saktësi të lartë të shpejtësisë së zgjatjes së universit për të kuptuar se si ndryshon ky shpejtësi me kalimin e kohës. Ritmi i zgjerimit të universit përshkruhet nga ekuacioni kozmologjik i shtetit. Zgjidhja e ekuacionit të shtetit për energjinë e errët është një nga problemet më të ngutshme të kozmologjisë moderne të vëzhgimit.

  Energjia e errët gjithashtu duhet të jetë një pjesë e rëndësishme e të ashtuquajturës masës së fshehur të universit.

  Hapja e energjisë së errët

  Bazuar në vëzhgimet e kryera në fund të viteve 1990, yjet e vëzhgimit të tipit IA u konkludua se zgjerimi i universit përshpejton me kalimin e kohës. Pastaj këto vëzhgime u mbështetën nga burime të tjera: matjet e rrezatimit relik, linance gravitacionale, nucleossintezë e madhe shpërthyese. Të gjitha të dhënat e fituara përshtaten mirë në modelin Lambda-CDM.

  Supernova dhe universi përshpejtues

  Konstanta kozmologjike ka një presion negativ të barabartë me densitetin e saj të energjisë. Arsyet për të cilat konstante kozmologjike ka një presion negativ, rrjedhin nga termodinamika klasike. Sasia e energjisë e përfunduar në volumin "Kutia me vakum" V.është e barabartë ρv.ku ρ - Dendësia e energjisë e konstancës kozmologjike. Rritja e vëllimit të "kutisë" ( dv Pozitivisht) çon në një rritje të energjisë së brendshme, dhe kjo do të thotë përmbushjen e punës negative. Ndërsa puna e kryer nga ndryshimi dvështë e barabartë pdvku p. - Presioni, atëherë p. Negative dhe, në fakt, p \u003d -ρ. (Koeficienti c², masa e detyrueshme dhe energji, është e barabartë me 1).

  Problemi më i rëndësishëm i pazgjidhur i fizikës moderne është se shumica e teorive të fushës kuantike në bazë të energjisë së një vakumi kuantik, parashikojnë kuptimin e madh të konstancës kozmologjike - për shumë urdhra të tepruar të lejuar në përfaqësitë kozmologjike. Formula e zakonshme e teorisë së fushës kuantike për të përmbledhur luhatjet e fushës së zero vakum (me rrethprerjen e numrit të valëve të mënyrave osciluese që korrespondojnë me gjatësinë planaciane), jep një densitet të madh të energjisë vakum. Kjo vlerë, pra, duhet të kompensohet nga një veprim i caktuar, pothuajse i barabartë (por jo i barabartë) në modul, por që ka shenjë të kundërt. Disa teori supersymmetry (Sathish) kërkojnë që konstante kozmologjike të jetë me saktësi zero, e cila gjithashtu nuk kontribuon në zgjidhjen e problemit. I tillë është thelbi i problemit "Cosmological Constant", problemi më i vështirë i "akordimit të shkëlqyer" në fizikën moderne: asnjë metodë nuk është gjetur të rrjedhë nga fizika e grimcave elementare një kuptim jashtëzakonisht të vogël të konstancës kozmologjike të përcaktuar në kozmologji. Disa fizikantë, përfshirë Stephen Weinberg, e konsiderojnë t. N. "Parimi antropik" shpjegimi më i mirë i bilancit të mirë të vërejtur të energjisë së një vakumi kuantik.

  Përkundër këtyre problemeve, një konstante kozmologjike është në shumë mënyra zgjidhja më ekonomike për problemin e universit përshpejtues. E vetmja vlerë numerike shpjegon shumë vëzhgime. Prandaj, modeli kozmologjik aktual i pranuar përgjithësisht (Modeli Lambda-CDM) përfshin një konstante kozmologjike si një element thelbësor.

  Quintessence

  Një qasje alternative është propozuar në vitin 1987 nga Fiziko gjermane Christophe Fiziko. Gjethet erdhën nga supozimi se energjia e errët është një lloj ngacmim pa grimca të një fushe të caktuar dinamike skalare të quajtur nga Kintesesen. Dallimi nga konstante kozmologjike është se dendësia e quintessence mund të ndryshojë në hapësirë \u200b\u200bdhe kohë. Në mënyrë që të mos "mblidhen" dhe të formojnë struktura në shkallë të gjerë pas shembullit të çështjes konvencionale (yjet, etj.), Duhet të jetë shumë e lehtë, domethënë të ketë një gjatësi vale të kompjuterave të mëdhenj.

  Nuk ka dëshmi të ekzistencës së Kingintessence ende nuk është zbuluar, por është e pamundur të përjashtohen ekzistencën e tillë. Hipoteza e Quintessence parashikon një përshpejtim pak më të ngadalshëm të universit, në krahasim me hipotezën e konstante kozmologjike. Disa shkencëtarë besojnë se shkeljet e ekuivalencës dhe variacioneve të Einsteinit të konstanteve themelore në hapësirë \u200b\u200bdo të ishin dëshmi më e mirë në favor të kwintessen. Ekzistenca e fushave skalare parashikohet nga modeli standard dhe teoria e vargjeve, por ekziston një problem i ngjashëm me variantin me konstante kozmologjike: teoria e renormalizimit parashikon që fushat skalare të fitojnë një masë të konsiderueshme.

  Problemi i rastësisë kozmike vë në dyshim çështjen pse përshpejtimi i universit filloi në një pikë të caktuar në kohë. Nëse përshpejtimi në univers filloi para këtij momenti, yjet dhe galaktikat thjesht nuk do të kishin kohë për të formuar, dhe jeta e tyre nuk do të kishte asnjë shans për shfaqjen e të paktën në formën e njohur për ne. Mbështetësit e "Parimit Anthrop" e konsiderojnë këtë fakt argumentin më të mirë në favor të ndërtimeve të tyre. Megjithatë, shumë modele të quintessence ofrojnë për të ashtuquajturën "sjellje pasuese", e cila zgjidh këtë problem. Në këto modele, fusha e kuintessence ka një dendësi që përshtatet me densitetin e rrezatimit (pa arritur atë) deri në zhvillimin e një shpërthimi të madh, kur ekuilibri i substancave dhe rrezatimit është. Pas kësaj, kuintesenca fillon të sillet si "energji e errët" e dëshiruar dhe përfundimisht dominon në univers. Një zhvillim i tillë natyrisht përcakton një vlerë të ulët të nivelit të energjisë së errët.

  Nga ana tjetër, energjia e errët mund të largohet me kalimin e kohës ose edhe të ndryshojë efektin e kundërt në tërheqës. Në këtë rast, graviteti mbizotëron dhe do ta udhëheqë universin në "compression të madh". Disa skenarë sugjerojnë "modelin ciklik" të universit. Megjithëse këto hipoteza ende nuk janë konfirmuar nga vëzhgimet, ato nuk janë refuzuar plotësisht. Një rol vendimtar në krijimin e fatit përfundimtar të universit (zhvillimi në teorinë e shpërthimit të madh) duhet të luhet matjet e sakta të shkallës së përshpejtimit.

  Zgjerimi i përshpejtuar i universit u hap në vitin 1998 me vëzhgimet e tipit Supernova. Për këtë zbulim sol Perlmetutter, Brian P. Schmidt dhe Adam Riss morën çmimin Astronomy për vitin 2006 dhe Çmimin Nobel në Fizikë për vitin 2011.

  Shiko gjithashtu

  Shënim

  Lidhje

  • Energjia e errët pranë nesh është një broshurë popullore, A. D. Chernin, Gaish Universiteti Shtetëror i Moskës.
  • Ad Chern: vakum fizik dhe anti-gravitetit hapësirë
  • Dokumentar - Dark Matter, Energy errët (2008)
  • Ad Chern. Energjia e errët dhe antiheistribuu në mbarë botën. // ufn, 178 , 267 (2008).
  • V.N. Lukash, V. A. Rubakov. Energjia e errët: Mitet dhe realiteti. // ufn, 178 , 301 (2008). (Koment mbi Nenin A. D. Cherna)
  • Robert R. Caldwell, Marc Kamionkowski, Nevin N. Weinberg, Phantom Energy dhe Doomsday Cosmic (Astro PH: 0302506)
  • Shënoj, Jonathan Feng.. Bota e errët
  
  

  Fondacioni Wikimedia. 2010.

  Shikoni se çfarë është "Energjia e errët" në fjalorët e tjerë:

  Energji e errët - (TE) Energjia e çuditshme e botës jo-barion (shih), të pranishëm në universin tonë dhe manifestohet në formën e antigravity aftësinë për të "sprapsur" nga materia e zakonshme. Si rezultat i shumtë (500,000 për periudhën 1995-2005), vëzhgimet me ... Enciklopedia e madhe Politeknike

  Të gjitha që ne shohim rreth vetes (yjet dhe galaktikat) nuk është më shumë se 4-5% e të gjithë masës në univers!

  Sipas teorive kozmologjike të modernizmit, universi ynë përbëhet nga vetëm 5% e zakonshme, e ashtuquajtura materia e Baryon, e cila formon të gjitha objektet e vëzhguara; 25% e lëndës së errët të regjistruar për shkak të gravitetit; dhe komponentët e energjisë së errët të deri në 70% të totalit.

  Kushtet Energjia e errët dhe lënda e errët nuk janë mjaft të suksesshme dhe përfaqësojnë një përkthim të drejtpërdrejtë, por jo një semantik nga anglishtja.

  Në kuptimin fizik, kushtet e termave nënkuptohen, vetëm fakti që këto substanca nuk ndërveprojnë me fotonët, dhe me të njëjtin sukses mund të quhet çështje e padukshme ose transparente dhe energji.

  Shumë shkencëtarë modernë janë të bindur se hulumtimet që synojnë të studiojnë energjinë e errët dhe çështjen ka të ngjarë të ndihmojë në marrjen e një përgjigje në pyetjen globale: Çfarë pret universi ynë në të ardhmen?

  Madhësia e Bushit me Galaxy

  Çështja e errët është një substancë e përbërë, ka shumë të ngjarë, nga grimcat e reja, ende të panjohura dhe që kanë prona të natyrshme në substancën më të zakonshme. Për shembull, është gjithashtu e aftë të dy substancat konvencionale të mblidhen në mpiksjen dhe të marrin pjesë në ndërveprime gravitacionale. Kjo është vetëm dimensionet e këtyre të ashtuquajturave bunches mund të tejkalojnë të gjithë galaktikën ose edhe akumulimin e galaktikave.

  Qasjet dhe metodat për studimin e grimcave të lëndës së errët

  

  Për momentin, shkencëtarët e të gjithë botës janë në çdo mënyrë për të zbuluar ose për të marrë artificialisht në grimcat tokësore të lëndës së errët, përmes pajisjeve të gjera të zhvilluara posaçërisht dhe shumë metoda të ndryshme kërkimore, por deri më tani të gjitha punët nuk janë të mbushura me sukses.

  Një metodë është e lidhur me eksperimente në përshpejtuesit e energjisë së lartë, të njohur gjerësisht si kolliderë. Shkencëtarët, duke besuar se grimcat e dëmtimit të errët janë më të vështira se proton 100-1000 herë, supozohet se ata do të duhet të lindin në përplasjen e grimcave të zakonshme, overclocked në energji të larta përmes një kolegj. Thelbi i një metode tjetër është që të regjistrohen grimcat e lëndës së errët, të cilat janë kudo rreth nesh. Kompleksiteti kryesor i regjistrimit të këtyre grimcave është se ata tregojnë ndërveprim shumë të dobët me grimcat konvencionale, të cilat janë në thelb për ta si transparente. E megjithatë, grimcat e lëndës së errët shumë rrallë, por përballen me bërthamën atomike, dhe ka një shpresë të caktuar herët a vonë ende regjistrojnë këtë fenomen.

  Ka qasje të tjera dhe metoda për studimin e grimcave të lëndës së errët dhe të cilat së pari do të çojnë në sukses, do të tregojë vetëm kohë, por në çdo rast, hapja e këtyre grimcave të reja do të bëhet arritja më e rëndësishme shkencore.

  Substancë antigramit

  

  Energjia e errët është një substancë edhe më e pazakontë sesa e njëjta çështje e errët. Nuk ka aftësinë për t'u mbledhur në mpiksje, si rezultat i së cilës është shpërndarë në mënyrë të barabartë absolutisht në të gjithë universin. Por prona më e pazakontë është aktualisht anti-gravitet.

  Natyra e lëndëve të errëta dhe vrimave të zeza

  Falë metodave astronomike moderne, është e mundur të përcaktohet niveli i zgjerimit të universit për momentin dhe simuloni procesin e ndryshimit të saj më herët në kohë. Si rezultat, informacioni është marrë që në këtë moment, si dhe në të kaluarën e afërt, universi ynë zgjerohet, ndërsa ritmi i këtij procesi është vazhdimisht në rritje. Kjo është arsyeja pse ka pasur një hipotezë rreth anti-gravitetit të energjisë së errët, pasi tërheqja e zakonshme gravitacionale do të kishte një efekt ngadalësues në procesin e "Galaxies" ", duke mbajtur prapa shkallën e zgjerimit të universit. Ky fenomen nuk bie në kundërshtim me teorinë e përgjithshme të relativitetit, por në të njëjtën kohë, energjia e errët duhet të ketë presion negativ - një pronë që nuk ka një nga substancat e njohura aktualisht.

  Kandidatët për rolin e "energjisë së errët"

  

  Masa e galaktikave në akumulimin e Abelit 2744 është më pak se 5 për qind e të gjithë masës së saj. Ky gaz është kaq i nxehtë që shkëlqen vetëm në vargun X-ray (të kuqe në këtë imazh). Shpërndarja e lëndës së errët të padukshme (përbërësi i rreth 75 përqind të masës së këtij grupi) është pikturuar në ngjyrë blu.

  Një nga kandidatët e supozuar për rolin e energjisë së errët është një vakum, dendësia e energjisë e të cilave mbetet e pandryshuar në procesin e zgjerimit të universit dhe konfirmon presionin negativ të vakumit. Një tjetër kandidat i vlerësuar është "Quintessence" - një fushë super-drurit e paeksploruar, që dyshohet se kalon nëpër të gjithë universin. Ka edhe kandidatë të tjerë të mundshëm, por jo një prej tyre në këtë moment nuk ka kontribuar në marrjen e një përgjigje të saktë në pyetjen: Çfarë është energjia e errët? Por tashmë është e qartë se energjia e errët përfaqëson diçka krejtësisht të mbinatyrshme, duke mbetur mister kryesor i fizikës themelore të shekullit XXI.

  Fizika dashuri një lyrics kuqe. Në mediumin e tyre, për njëfarë kohe, është e zakonshme të japësh emra "jo-shkencorë" të subjekteve të sapo hapur. Të marrë të paktën quarks të çuditshme dhe të magjepsur. Pra, energjia e errët nuk është sinonim me forcat e errëta, por një term i shpikur për të caktuar disa vetitë e pazakonta të universit tonë.
  Zbulimi i energjisë së errët është bërë nga metoda astronomike dhe u bë një surprizë e plotë për shumicën e fizikanëve. Energjia e errët është ndoshta misteri kryesor i shkencës moderne natyrore. Është e mundshme që ndikimi i saj të bëhet ngjarja më e rëndësishme e fizikës së shekullit XXI, të krahasueshme me një shkallë me zbulimet më të mëdha të së kaluarës së afërt, siç është hapja e zgjerimit të fenomenit të universit. Nuk është e përjashtuar edhe se do të ndodhë kështu zhvillimi radikal i teorisë se do të rritet në një rresht me krijimin e teorisë së përgjithshme të relativitetit, zbulimin e lakimit të kohës së hapësirës dhe komunikimit të kësaj lakimi me forcat gravitacionale . Ne jemi tani në fillim të rrugës, dhe biseda në lidhje me energjinë e errët është mundësia për të parë në "laboratorin" e fizikanëve në kohën kur puna e tyre është në aktivitet të plotë.

  Nga unë, një artikull i mrekullueshëm është shkruar në një gjuhë të thjeshtë dhe të kuptueshme, unë rekomandoj të gjithë.

  1 pak histori
  1.1 "Not do të jetë"
  Fakti që në universin tonë "diçka është e gabuar", u bë e qartë për kozmologët në fillim të viteve '90. Për të sqaruar atë për të cilën po flasim, le të fillojmë me faktin se do të kujtojmë zgjerimin e universit tonë. Të gjitha galaktikat ikin nga njëri-tjetri dhe vëzhguesi në secilën prej tyre duket se është në një qendër zgjerimi; Më tej galaktika, aq më e shpejtë është hequr nga qendra e zgjerimit (Fig. 1). Ajo u zbulua nga vëzhgimet nga toka në vitet 20 të shekullit të 20-të. Sasia e shkallës së zgjerimit karakterizohet nga një parametër hubble. Deri në fillim të viteve '90, vlera e parametrit hubble në universin modern ishte mjaft mirë: ritmi i zgjerimit të universit sot është i tillë që galaktikat e largëta nga toka për një distancë prej 1 miliardë vite të lehta të ikin nga ne me një shpejtësi prej 24,000 kilometrash për sekondë.

  Fik. 1: zgjerimi i universit. Galakset më të largëta largohen nga ne më të shpejtë dhe duken më të kuqe për shkak të efektit të Doppler. Matjet e distancave për galaktikat e largëta në lidhje me matjet e shpejtësisë së tyre ju lejojnë të përcaktoni vlerën e parametrit hubble që karakterizon ritmin e zgjerimit të universit.
  Vini re se parametri i hubble varet nga koha; Pra, në të kaluarën e largët, universi u zgjerua shumë më shpejt se tani, dhe, në përputhje me rrethanat, parametri i hubble ishte shumë më tepër.

  Në teorinë moderne të gravitetit - teoria e përgjithshme e relativitetit - parametri i hubble është i lidhur në mënyrë unike me dy karakteristika të tjera të universit: së pari, me dendësinë totale të energjisë të të gjitha formave të materies, vakum, etj., Së dyti, me tribure tre hapësirë-hapësirë . Hapësira jonë tridimensionale, në përgjithësi, nuk është e detyruar të jetë euklidiane; Gjeometria e saj, për shembull, mund të jetë e ngjashme me gjeometrinë e sferës; Shuma e qosheve të trekëndëshit nuk mund të jetë e barabartë me 180 gradë. Në këtë rast, "elasticiteti" i hapësirës në aspektin e zgjerimit të universit luan të njëjtin rol si dendësia e energjisë. Pra, në kuadrin e teorisë së përgjithshme të relativitetit, matja e parametrit të hubble përcakton vlerën e shumës së dendësisë totale të energjisë në univers dhe kontributin që lidhet me jo-crididitetin e mundshëm të hapësirës tre-dimensionale.

  Deri në fillim të viteve 1990, dendësia e energjisë e materies "normale" në universin modern u vlerësua gjithashtu me saktësi të mirë. "Normal" është në kuptimin që të njëjtat ndërveprime gravitacionale po përjetojnë si një substancë konvencionale. Pra, për çështjen "normale" të ligjit të Njutonit. Rasti, megjithatë, ishte e komplikuar nga fakti se shumica e çështjes "normale" nuk është e njohur për ne (atomet dhe jonet), dhe të ashtuquajturat çështje të errëta . Çështja e errët, me sa duket, përbëhet nga të reja, jo të hapura në eksperimentet e tokës të grimcave elementare. Në kontrast me shumë grimca të njohura, ata nuk mbajnë një pagesë elektrike, prandaj drita nuk emetohet; I përbërë prej tyre është me të vërtetë e errët. Ngjashmëria me substancën konvencionale është se forcat e tërheqjes gravitacionale e detyrojnë çështjen e errët që do të mblidhen në mpiksjen - galaktikat dhe grupet e galaktikave (Fig. 2). Ajo gjithashtu tërheq substancën dhe dritën; Ishte në këtë efekt të tërheqjes gravitacionale që u zbulua. Për më tepër, matjet e forcave gravitacionale në grupet e galaktikave na lejuan të përcaktojmë masën e lëndës së errët në këto grupe, dhe në fund të fundit në përgjithësi në univers. Kështu, u gjet dendësia totale e energjisë e çështjes "normale" (për të, formulën e famshme $ e \u003d MC ^ 2 $ ).

  Fik. 2: shpërndarja masive në akumulimin e galaktikave. Spote të zeza - galaktikat. Masa është e përqendruar kryesisht në materien e errët, të shpërndarë nga grupi më i barabartë.

  Dhe çfarë doli? Doli se materia "normale" nuk është e mjaftueshme për të shpjeguar ritmin e matur të zgjerimit të universit. Dhe fuqimisht: "Mungesa" ishte rreth 2/3 (sipas vlerësimeve moderne rreth 72%). Ka pasur dy shpjegime të mundshme për këtë fakt: ose hapësira tre-dimensionale është e shtrembëruar dhe kontributi i zhdukur në parametrin e hubble është i lidhur me "elasticitetin" e saj, ose në univers ka një formë të re të energjisë që më pas u quajt errët energji.

  1.2 Kudo që kam ...
  Nga pikëpamja teorike, të dyja këto mundësi - dhe jo-butësi e hapësirës, \u200b\u200bdhe energji të errët - dukeshin jashtëzakonisht të papranueshme. Nëse nuk do të kishte fakte kokëfortë, do të ishte edhe tani.

  Le të fillojmë me lakimin e hapësirës tre-dimensionale. Në procesin e zgjerimit të universit, hapësira është zbutur, lakimi i saj zvogëlohet. Nëse lakimi ndryshon nga zero tani, atëherë në të kaluarën ajo ishte më shumë se sot. Megjithatë, dendësia e energjisë (masa) e materies zvogëlohet kur zgjerohet universi edhe më shpejt . Kjo do të thotë se në të kaluarën, kontributi relativ i lakimit ndaj parametrit të hubble ishte shumë i vogël, dhe gjëja kryesore me një diferencë të madhe ishte kontributi i materies. Në mënyrë që sot, zgjerimi i universit në 2/3 është siguruar nga lakimi, është e nevojshme të "përshtatet" vlerën e rrezes së lakimit të hapësirës në të kaluarën me saktësi fantastike - pas një shpërthimi të madh , ajo duhej të ishte e barabartë me një miliardë dollarë nga madhësia e atëhershme e universit të vëzhguar, jo më shumë dhe jo më pak! Pa një përshtatje të tillë, lakimi sot do të ishte ose për shumë urdhra të madhësisë më shumë ose për shumë urdhra të madhësisë më pak se të nevojshme për të shpjeguar vëzhgimet.
  Edhe nëse ju largoni nga hipoteza se mungesa e kontributit në parametrin modern të hubble është dhënë pikërisht hapësira e lakimit, problemi i lakimit ende mbetet: në çdo rast është e nevojshme që lakimi është jashtëzakonisht i vogël në fazat e hershme , përndryshe do të ishte shumë e madhe sot. Ky problem ishte një nga konsideratat kryesore që çuan në dorëzimin e fazës inflacioniste të evolucionit të universit. Sipas teorisë inflacioniste, të propozuara nga A. Starobinsky dhe në mënyrë të pavarur A. Gute dhe u formua falë veprave të A. Linde, A. Albrecht dhe P. Steinhardt, Universi në fazën më të hershme të evolucionit të saj kaloi nëpër fazën e jashtëzakonshme Zgjerimi i shpejtë, eksponencial (inflacioni, inflacioni). Në fund të kësaj faze, universi u ngroh deri në një temperaturë shumë të lartë, dhe erdhi epoka e shpërthimit të nxehtë të nxehtë.

  Megjithëse faza inflacioniste zgjati, ka shumë të ngjarë, një pjesë e vogël e një të dytë, gjatë kësaj kohe universi shtrihej aq shumë sa që madhësia e saj ishte shumë më e madhe se pjesa që ne shohim sot. Është e rëndësishme për ne se si rezultat i shtrirjes inflacioniste të hapësirës, \u200b\u200brrezja e saj e lakimit ra pothuajse në vlerë zero. Kështu, teoria inflacioniste çon në parashikimin se hapësira e universit modern me shkallën më të lartë të saktësisë së Euklidisë. Kjo, natyrisht, shkon kundër hipotezës se universi po zgjerohet sot me 2/3 për shkak të lakimit.

  Me energji të errët është e njëjtë në të njëjtën mënyrë, vetëm më keq. Ne do të diskutojmë hipoteza të ndryshme për natyrën e energjisë së errët më poshtë, dhe këtu do të kufizojmë veten në komentin e ardhshëm. Pavarësisht nga ajo që është energji e errët, dendësia e tij mund të karakterizohet nga parametri i vetëm i dimensionalitetit të energjisë. Për të përmbushur të dhënat vëzhguese, vlera e këtij parametri është shkalla e energjisë e energjisë së errët - duhet të jetë përafërsisht e barabartë me 0.002 kontroll elektron. Në të njëjtën kohë, ndërveprimet themelore të njohura janë të forta, të dobëta, elektromagnetike dhe graviteti - karakterizohen nga shkalla e tyre e energjisë. Më i vogli prej tyre lidhet me ndërveprimet e forta (bërthamore) dhe është rreth 200 milionë përmbajtje elektronike. Rezulton mospërputhje në 100 miliardë herë! Më e keqja e të gjitha këtyre mospërputhjes, dhe në përgjithësi një sasi jashtëzakonisht të vogël të energjisë së errët, është shumë e vështirë për të gjetur një shpjegim; Për shembull, teoria inflacioniste, aq mirë përballen me problemin e lakimit, në këtë çështje nuk është krejtësisht asgjë të bëjë me të.

  Për shkak të vështirësive me interpretimin e energjisë së errët, këndvështrimi ishte më popullor për një kohë mjaft të gjatë që shkalla moderne e zgjerimit të universit ende është e përgjegjshme nga lakimi hapësinor. Shumë fizikantë (edhe pse jo të gjithë) nuk mund të perceptojnë mundësinë që energjia e errët ekziston me të vërtetë, dhe e konsideron lakimin hapësinor "më të vogël të së keqes". Pyetja, si zakonisht, është zgjidhur nga eksperimenti.

  1.3 Universi zgjerohet me përshpejtim
  Fraktura ndodhi në 1998-1999, kur dy grupe nga Shtetet e Bashkuara, një nën udhëheqjen e A. Raissa dhe B. Schmidt, dhe të tjera. Perlmutter, raportoi në rezultatet e vëzhgimeve të llojit të largët Supernova 1A. Nga këto vëzhgime, kishte universi ynë duke u zgjeruar me përshpejtimin . Një pronë e tillë është mjaft e qëndrueshme me prezantimin e energjisë së errët, ndërsa jo-butësia e hapësirës në një zgjerim të përshpejtuar nuk udhëheq. Kështu, një zgjedhje e qartë u bë në favor të energjisë së errët, dhe hipoteza për hapësirën tre-dimensionale jo-fëmije u refuzua (ne do të kthehemi në të për një kohë).

  Disa fjalë për llojin Supernova 1a. Këto janë shpërthime termonukleare që përfundojnë jetën e disa llojeve të yjeve. Një përshkrim teorik i detajuar i këtyre shpërthimeve ende mungon, por në bazë të vëzhgimeve të supernovave të afërta, u krijuan modele empirike, duke u lejuar atyre të vendosin shkëlqimin e tyre absolut, domethënë për të përcaktuar energjinë që ata lëshojnë gjatë procesit të shkurtër të flashit . Me fjalë të tjera, Supernova tip 1a janë "qirinj standard": njohja e ndriçimit absolut dhe matjen e shkëlqimit të dukshëm (rrjedha e energjisë që vjen në tokë) mund të përcaktohet nga secili prej tyre - aq më shumë distancë, më pak shkëlqim. Në të njëjtën kohë, ju mund të instaloni shpejtësinë e largimit nga ne nga ne nga Supernova (duke përdorur efektin Doppler). Supernova është objekte shumë të ndritshme, ato mund të shihen në distanca të mëdha. Me fjalë të tjera, supernova të largëta, të cilat ne vëzhgojmë tani, shpërtheu shumë kohë më parë, prandaj shpejtësia e balotazhit të tyre u përcaktua nga shkalla e zgjerimit të universit atëherë , në të kaluarën e largët. Kështu, vëzhgimet e tipit Supernova 1A lejojnë ritmin e zgjerimit në fazat relativisht të hershme të evolucionit të universit (7 miliardë vjet më parë dhe madje pak më herët) dhe gjurmojnë varësinë e këtij ritmi nga koha. Kjo është se si e bëri të mundur vendosjen se universi zgjerohet me përshpejtim.

  1.4 Hapësira - Euklidian
  Dëshmi përfundimtare se jotridaditeti i hapësirës tre-dimensionale, nëse është, nuk luan ndonjë rol të rëndësishëm në zgjerimin e universit, është marrë duke matur vetitë e rrezatimit relik. Defektet e vërteta, duke pirë universin tonë sot, u ngritën në një fazë mjaft të hershme të evolucionit kozmologjik. Fakti është se universi në të kaluarën ishte shumë më i dendur dhe më i nxehtë se tani. Në procesin e zgjerimit, ajo është bërë më e rrallë dhe e ftohur; Temperatura moderne relike është 2.725 gradë kelvin.

  Në fazat e hershme, substanca në univers të nxehtë ishte në një gjendje plazme - proton veten në vetvete, elektronet vetë. Ky medium është i errët për rrezatimin elektromagnetik, fotonet shpërndahen gjatë gjithë kohës, të zhytur, të emetuara nga elektronet. Kur universi u ftoh të rreth 3000 gradë, elektronet dhe protonet u kombinuan shpejt në atomet e hidrogjenit dhe substanca ishte transparente për foton (Fig. 3). Epoka e tranzicionit të substancës nga plazma në shtetin e gaztë është rrezatimi i dobët i fotoneve relike (më saktësisht, do të ishte rreth shpërndarjes së fundit, por për ne ky finesë është i parëndësishëm). Në këtë kohë, mosha e universit ishte 300 mijë vjet (mosha moderne - 13.7 miliardë vjet). Që atëherë, fotonet shpërndahen nëpërmjet universit lirshëm, gjatësia e valës së tyre rritet për shkak të shtrirjes së hapësirës, \u200b\u200bdhe sot këto fotone relike janë valët e radios.

  Fik. 3: Në një temperaturë prej rreth 3000 gradë, substanca në univers kaloi nga plazma në shtetin e gaztë dhe u bë transparente për fotona. Koha është vonuar përgjatë boshtit horizontal. Fotonet janë përshkruar skematikisht në të verdhë.

  
  Në epokën e rrezatimit të fotonëve relik, universi nuk ishte saktësisht homogjen. Inhomogjenitetet që kishin ndodhur atëherë ishin struktura të epërshme - yjet e para, galaktikat, grupet e galaktikave. Në atë kohë, heterogjeniteti i plazmës, si zakonisht për mediat e dendura, ishte valët e zërit. Është e rëndësishme që në atë epokë në univers të ketë një shkallë karakteristike të distancave, e cila tani është manifestuar në pronat e fotoneve të reliktit të emetuara. Valët e zërit me një gjatësi të madhe dhe, në përputhje me rrethanat, një periudhë të vogël, ende nuk kanë arritur të zhvillojnë në epokën e rrezatimit të fotoneve relike, dhe valët me gjatësinë "e drejtë" kanë arritur të hyjnë në fazën maksimale të compression. Kjo gjatësi vale "e saktë" është një epokë "sundimtar standard" i rrezatimit të fotoneve relike; Madhësia e saj llogaritet në mënyrë të besueshme në teorinë e shpërthimit të madh të madh.

  Heterogjeniteti i universit të epokës së rrezatimit të fundit të fotoneve relike manifestohet në faktin se fotonet e emetuara në vende të ndryshme kanë një temperaturë paksa të ndryshme. Me fjalë të tjera, temperatura e fotonit varet nga drejtimi në sferën qiellore nga e cila ata vijnë tek ne. Efekti është i dobët: diferenca relative e temperaturave në drejtime të ndryshme është rreth 1/100 000. Megjithatë, ky efekt u mat me besueshmëri. Për më tepër, në kthesën e shekujve XX -XXI në eksperimentet Boomerang dhe Maxima, këndi u mat së pari, sipas të cilit ishte e dukshme "linjë standarde" e sapo diskutuar. Është e qartë se ky kënd varet nga gjeometria e hapësirës: nëse shuma e qosheve të trekëndëshit tejkalon 180 gradë, atëherë ky kënd është më i madh. Si rezultat, u konstatua se hapësira jonë tridimensionale me një shkallë të mirë të saktësisë së Euklidisë. Matjet e mëvonshme konfirmuan këtë përfundim. Nga këndvështrimi i zgjerimit të universit, rezultatet ekzistuese do të thotë se lakimi i hapësirës bën një kontribut të vogël të papërfillshëm (më pak se 1%) në parametrin e hubble. Ritmi i zgjerimit të universit me 70% është për shkak të energjisë së errët sot.

  2 nuk di asgjë për këtë
  Cilat janë vetitë e energjisë së errët të njohur sot? Ka pak vetitë e tilla, vetëm tre. Por ajo që dihet mund të shkaktojë një habi me drejtësi.
  E para është fakti se, në kontrast me materien "normale", energjia e errët nuk është e mërzitur, duke mos shkuar në objekte të tilla si galaktikat ose grupet e tyre. Sa i përket tani, energjia e errët e "derdhjeve" përmes universit është në mënyrë të barabartë. Kjo deklaratë, si çdo vëzhgim i bazuar ose eksperimente, është e vërtetë me një saktësi të caktuar. Është e pamundur të eliminohet plotësisht fakti se diku në univers dendësia e energjisë së errët është pak më e madhe, dhe diku pak më pak se dendësia mesatare, diku energjia e errët është pak më e trashë dhe diku pak më e rrallë. Megjithatë, nga vëzhgimet rrjedh se devijimet e tilla nga homogjeniteti, nëse janë, duhet të jenë shumë të vogla në madhësi.

  Ne kemi folur tashmë për pronën e dytë: energjia e errët shkakton universin të zgjerohet me përshpejtim. Kjo energji e errët është gjithashtu shumë e ndryshme nga materia normale. Për çështje normale, ideja e zakonshme është e vërtetë për mënyrën se si "puna" e forcave gravitacionale: grimcat e substancave të formuara, thonë, si rezultat i një shpërthimi dhe fluturimi larg qendrës, gradualisht ngadalësojnë zgjerimin e tyre për shkak të tërheqjes gravitacionale në qendër. Nëse nuk do të ishte për energji të errët, atëherë do të ishte rasti me universin: shpejtësia e drejtimit të galaktikave do të ulte me kalimin e kohës. Energjia e errët çon në efektin e kundërt, galaktikat po ecin më shpejt dhe më shpejt.
  Dy pronat e përshkruara sugjerojnë se energjia e errët në një kuptim të caktuar po përjeton anti-gravitetit, sepse ajo ka një rebelim gravitacional në vend të tërheqjes gravitacionale. Për shkak të kësaj, zgjerimi i universit është përshpejtuar, për shkak të të njëjtit energji të errët të shpërndarë në hapësirë \u200b\u200bnë mënyrë të barabartë. Zonat me një densitet në rritje të lëndës normale për shkak të tërheqjes gravitacionale mblidhen substancën nga hapësira përreth, këto zona vetë janë të ngjeshur dhe formohen me mpiksje të dendura; Kështu u formuan yjet e para, dhe pastaj galaktikat dhe grupet e galaktikave. Për substancën antigravituese, e kundërta: zonat me densitet të ngritur (nëse ka) janë shtrirë për shkak të rebelimit gravitacional, heterogjeniteti zbutet, dhe nuk janë formuar bunches.

  Prona e tretë e energjisë së errët është se densiteti i saj nuk varet nga koha. Gjithashtu për t'u habitur: Universi zgjerohet, vëllimi po rritet, dhe dendësia e energjisë mbetet konstante. Duket se ka një kontradiktë me ligjin e ruajtjes së energjisë. Gjatë 8 miliardë viteve të fundit, universi është zgjeruar dy herë. Zona e hapësirës, \u200b\u200be cila më pas kishte, për shembull, madhësia 1 metër, sot ka një madhësi prej 2 metrash, vëllimi i saj është rritur 8 herë, energjia në këtë shumë është rritur në të njëjtën kohë. Energjia misking është e qartë. Natyrisht, kjo vlen pikërisht në energjinë e errët: numri i grimcave të lëndës normale në vëllimin e zgjerimit nuk ka ndryshuar, është gjithashtu energjia e tyre totale e minave, dhe dendësia e energjisë së minierës ra 8 herë.

  Në fakt, rritja e energjisë në zgjerimin e universit nuk bie në kundërshtim me ligjet e fizikës. Energjia e errët është projektuar në mënyrë që hapësira e zgjerimit të kryejë punën në të, e cila çon në një rritje të energjisë së kësaj substance në një vëllim zgjerues të hapësirës. Vërtetë, zgjerimi i vetë hapësirës është për shkak të energjisë së errët, në mënyrë që situata të ngjaneve Baron Münhgausen, duke tërhequr veten nga flokët e moçalit. Megjithatë, nuk ka kontradiktë: në një kontekst kozmologjik, është e pamundur të futet koncepti i energjisë së plotë, e cila përfshin energjinë e vetë fushës gravitacionale. Pra, ligji i ruajtjes së energjisë që ndalon rritjen ose uljen e energjisë së një forme të çështjes nuk është gjithashtu. [Ne shënojmë në kllapa se energjia e gazit të fotoneve të reliktit në një vëllim të zgjeruar nuk është gjithashtu e ruajtur. Numri i fotoneve në të nuk ndryshon me kalimin e kohës, por gjatësia e valës rritet për shkak të shtrirjes së hapësirës. Fotonet janë duke u skuqur, energjia e secilit prej tyre zvogëlohet, dhe energjia totale e të gjitha fotoneve zvogëlohet.]
  Deklarata për qëndrueshmërinë e densitetit të energjisë së errët është gjithashtu e bazuar në vëzhgimet astronomike, dhe për këtë arsye është gjithashtu e drejtë me një saktësi të caktuar. Për ta karakterizuar këtë saktësi, le të themi se gjatë 8 milion viteve të fundit, dendësia e energjisë së errët ka ndryshuar jo më shumë se 1.4 herë, në mënyrë që energjia në vëllimin e zgjerimit të rritet në B -11 herë. Kjo mund të themi me besim sot.

  Duhet të theksohet se prona e dytë dhe e tretë e energjisë së errët është aftësia për të çuar në një zgjerim të përshpejtuar të universit dhe qëndrueshmërinë e saj në kohë (ose, në përgjithësi, varësia shumë e ngadaltë në kohë) është në të vërtetë e lidhur ngushtë me njëri-tjetrin. Një lidhje e tillë vijon nga ekuacionet e teorisë së përgjithshme të relativitetit. Si pjesë e kësaj teorie, zgjerimi i përshpejtuar i universit ndodh pikërisht kur densiteti i energjisë në të ose nuk ndryshon aspak, ose ndryshon shumë ngadalë. Kështu, anti-gravittspy e energjisë së errët dhe marrëdhëniet e saj komplekse me ligjin e ruajtjes së energjisë
  - Dy anët e një medalje.
  Ky informacion i besueshëm për energjinë e errët është përshkallëzuar. Rajoni fillon rajonin e hipotezave. Para se të flasim për to, ne do të diskutojmë me një pyetje të shkurtër të përbashkët.

  3 Pse tani?
  Nëse në universin modern, energjia e errët jep kontributin më të madh në densitetin e plotë të energjisë, atëherë në të kaluarën nuk ishte larg nga gabimet. Le të themi, 8 miliardë vjet më parë, çështja normale ishte 8 herë më e dendur, dhe dendësia e energjisë së errët ishte e njëjtë (ose pothuajse e njëjtë) si tani. Prej këtu është e lehtë të konkludohet se atëherë raporti midis energjisë së pushimit të materies normale dhe energjisë së errët ishte në favor të së parës: energjia e errët ishte rreth 15%, dhe jo 72% si sot. Për shkak të faktit se në atë kohë roli kryesor u luajt nga materia normale, zgjerimi i universit ndodhi me një ngadalësim . Më parë, efekti i energjisë së errët në zgjerim ishte mjaft i dobët.
  Është e mrekullueshme që një tablo e tillë të konfirmohet nga të dhënat në një lloj supernova 1a. Më i largët prej tyre shpërtheu mbi 8 miliardë vjet më parë, dhe duke matur shpejtësinë e tyre tregojnë se zgjerimi i universit pastaj u ngadalësua me të vërtetë. Rezultatet e vëzhgimeve të tjera kozmologjike gjithashtu sugjerojnë se në fazat e hershme të evolucionit të universit, energjia e errët ishte e parëndësishme. Duhet të përmendet rreth një sërë rezultatesh të tilla. Në një periudhë prej 1 sekondash deri në disa minuta pas një shpërthimi të madh, kur temperatura në univers ndryshonte nga 10 miliardë në qindra miliona gradë, reaksionet termonukleare u llogaritën në mënyrë aktive në plazmën kozmike. Si rezultat, deuterium, helium dhe izotopet litium. Në disa vende në univers, kjo përbërje primare e substancës ka ndryshuar praktikisht, dhe ishte e mundur të matte atë.

  Nga ana tjetër, mund të llogaritet me besueshmëri, me rezultatin, natyrisht, varet nga shkalla e zgjerimit të universit në epokën e largët. Pra, rezultatet e llogaritjes janë në përputhje me vëzhgimet, nëse supozojmë se energjia e errët nuk ka luajtur asnjë rol atëherë. Më saktësisht, kontributi i energjisë së errët (si dhe forma të tjera të reja, hipotetike të energjisë) në dendësinë e përgjithshme të energjisë gjatë periudhës së reaksioneve termonukleare është e kufizuar në rreth 15%. Saktësia duket se nuk është shumë e lartë, por mos harroni se po flasim për sekondat e para pas shpërthimit të madh!
  Pra, efekti i energjisë së errët dhe përshpejtimi i zgjerimit të universit
  - Fenomenet në standardet kozmologjike më të fundit: përshpejtimi filloi "vetëm" 6.5 miliardë vjet më parë. Nga ana tjetër, pasi dendësia e materies normale zvogëlohet me kalimin e kohës, dhe dendësia e energjisë së errët nuk është, energjia e errët së shpejti (përsëri në standardet kozmologjike) do të dominojnë plotësisht. Kjo do të thotë se faza moderne e evolucionit kozmologjik është një periudhë kalimtare, kur energjia e errët tashmë luan një rol të shquar, por zgjerimi i universit është i vendosur jo vetëm nga ai, por edhe materie normale. A është kjo ndarja e kohës sonë me një rastësi të rastësishme ose për të ka një lloj pronë të thellë të universit tonë? Kjo pyetje
  -"pse tani?" - Mbetet ende të hapura.

  4 kandidatë

  4.1 Vacuum Energy \u003d Cosmologjik i përhershëm

  Nëse nuk ka pasur gravitet, vlera absolute e energjisë nuk do të kishte një kuptim fizik. Në të gjitha teoritë që përshkruajnë natyrën, me përjashtim të teorisë së ndërveprimeve gravitacionale, kuptimi ka vetëm dallimin e energjive të vendeve të caktuara. Pra, duke folur për energjinë e lidhjes së atomit të hidrogjenit, nënkuptojmë ndryshimin e dy madhësive: energjia totale e pjesës tjetër të protonit dhe elektronit, nga njëra anë dhe energjia e pushimit të atomit në anën tjetër . Është ky ndryshim i energjive që qëndron (i transmetuar tek fotoni i lindur), kur elektron dhe proton janë të lidhur me një atom. Në të njëjtën mënyrë, nën energjinë e protonit, ne fakt e kuptojmë ndryshimin në gjendjen e shtetit në të cilin ka një proton, dhe shteti pa proton - vakum. Nëse nuk do të ishte për ndërveprim gravitacional, do të ishte e pakuptimtë për energjinë e një vakumi, nuk ishte thjesht asgjë për t'u krahasuar.

  Situata është krejtësisht e ndryshme nëse jemi të interesuar në ndërveprimet pikërisht gravitacionale. Energjia e vakumit, si çdo energji tjetër, "peshon", gravitatorët. Vacuum është një shtet me energji më të ulët (prandaj, nga rruga, është e pamundur të zgjidhni energjinë prej tij), por kjo energji nuk është aspak e detyruar të jetë zero; Nga këndvështrimi teorik, mund të jetë pozitiv dhe negativ. A është e mundur të llogaritet "nga parimet e para" - një pyetje e madhe. Por në çdo rast, energjia e vakumit, nëse është pozitive, ka vetëm pronat që duhet të ketë energjia e errët. Në të vërtetë, vakumi është i njëjtë kudo (të paktën në pjesën e dukshme të universit). Supozimi i të kundërtës së kundërt do të çonte në kontradikta, për shembull, me vëzhgimet e rrezatimit relikt: në vakum të ndryshëm, vetitë e plazmës kozmike në epokën e rrezatimit të fundit të fotonit do të ishin shumë të ndryshme, temperaturat e fotoneve të emetuara do të ishin Jini shumë të ndryshëm. Do të kishte kontradikta të tjera të pakapërcyeshme me vëzhgime. Pra, vakumi është kudo. E njëjta dhe densiteti i saj i energjisë. Vakumi nuk mund të jetë diku më shumë "i dendur", por diku më shumë "i rrallë", përndryshe nuk do të ishte një vakum. U bë e njohur për energji të errët, energjia e vakumit shpërndahet në mënyrë të barabartë përmes universit.

  Më tej, me një zgjerim relativisht të ngadaltë të universit (dhe ky është rasti tani, tani është në të kaluarën e parashikueshme) vakumi mbetet i njëjtë. Vetitë e vakumit përcaktohen nga fizika e distancave dhe kohëve ultra të ulëta, dhe zgjerimi i ngadalshëm i universit nuk pasqyrohet. Prandaj, përsëri, siç kërkohet, densiteti i energjisë vakum nuk varet nga koha. Ndërsa biseduam më lart, në teorinë e përgjithshme të relativitetit, prona e fundit do të thotë automatikisht se energjia e vakumit çon në një zgjerim të përshpejtuar të universit. Kështu, vakumi është në fakt një kandidat i përshtatshëm për rolin e një transportuesi jo të automjeteve.
  Ne theksojmë se mungesa e varësisë së densitetit të energjisë nga pozita në hapësirë \u200b\u200bdhe në kohë është e saktë, dhe jo vetitë e përafërta të vakumit, i cili e dallon atë nga kandidatët e tjerë për rolin e energjisë së errët. Dendësia e energjisë vakum është një konstante globale (të paktën në pjesën e universit që ne vëzhgojmë). Duhet të thuhet se ky konstante është një konstante kozmologjike, l-term - futur Einstein në ekuacionet e saj. Ai, megjithatë, nuk e identifikoi atë me energjinë e një vakumi, por kjo është çështje e terminologjisë, të paktën me një kuptim modern të krijesës së rastit.
  Më vonë, Ajnshtajni refuzoi idenë e tij - ndoshta më kot.
  Pse është ideja e energjisë së errët si një energji vakumi nuk i plotëson shumë fizikantë? Para së gjithash, kjo është për shkak të vlerës jo të ulët të dendësisë së energjisë vakum, e cila është e nevojshme për pëlqimin e teorisë dhe vëzhgimeve.

  Në vacuo, gjatë gjithë kohës ka lindur dhe duke vdekur grimcat virtuale, ajo ka kondensate të fushave - në përgjithësi, vakuumi është mjaft i ngjashëm; në një mjedis kompleks sesa një zbrazëti absolute. Këto nuk janë vetëm spekulime: karakteristikat e vakumit gjenden në vetitë e grimcave elementare dhe ndërveprimet e tyre dhe përfundimisht përcaktohen, megjithëse indirekt, nga eksperimente të shumta. Energjia e vakumit në parim do të duhej të "dijë" se si është rregulluar, cila është struktura e saj dhe cilat vlerat e parametrave që e karakterizojnë atë (për shembull, kondensatorët e fushave).
  Tani imagjinoni teoricien që ka studiuar fizikën e grimcave elementare, por nuk ka dëgjuar asgjë për universin. Ne kërkojmë që ky teorist të parashikojë densitetin e energjisë vakum. Bazuar në shkallën e energjive karakteristike të ndërveprimeve themelore, dhe gjatësitë e duhura të gjatësisë, ajo do të bëjë vlerësimin e saj - dhe do të gabohen në një numër të paimagjinueshëm kohërash. Ne kemi folur për këtë: shkalla e energjisë e ndërveprimeve themelore është të paktën 200 milionë përmbajtje elektronike, dhe shkalla e kërkuar nga vëzhgimet, energjia përkatëse e vakumit (nëse energjia e errët është një energji vakumi) - 0.002 energji elektronike. Kjo mospërputhje mund të shprehet si kjo: Teoricienti ynë do të parashikonte një energji të tillë të madhe vakumi dhe një zgjerim të tillë të universit që e shkaktoi atë që në shtëpi në rrugën e ardhshme do të duhej të fluturonte larg nga ne me shpejtësi të afërt me shpejtësinë e dritës!

  Problemi i energjisë vakum mund të shpjegohet dhe disi ndryshe. Po, në universin tonë, kjo energji është shumë afër zero. Imagjinoni tani veten një tjetër univers, ku gjithçka është e njëjtë si ne, vetëm, themi, masat e grimcave elementare janë paksa të ndryshme nga tonat. Pra, nëse ky ndryshim është vetëm një miliardë pjesë, atëherë energjia vakum në këtë univers tjetër do të jetë trilion herë më shumë se (në vlerë absolute). Është pyetur se si një rregullim i tillë ka ndodhur në universin tonë?

  Problemi i energjisë së vakumit (është quajtur edhe problemi i konstancës kozmologjike) Vendosni fizikantët teorikë shumë kohë para zbulimit të energjisë së errët. Pra, në vitet '20 të vitit të kaluar, ky problem ishte i shqetësuar V. Pauli *), i cili në vitin 1933 shkroi: "Kjo energji [vakum; pastaj e përdori termin" energji zero-pikë "," nullpunktsenergie "] duhet të jetë e pamundur Parimi, pasi nuk emisionet, nuk absorbohen, nuk zhduket ... dhe që nga ajo kohë, siç është e qartë nga përvoja, ajo nuk krijon një fushë gravitacionale ". Pse po ndodh kjo? Një nga mundësitë është se energjia e hapësirës bosh është disi e larmishme me kalimin e kohës dhe, në fund, bëhet afër zero. Modele specifike teorike që ilustrojnë këtë mundësi për të ndërtuar jashtëzakonisht të vështira, por mund të jenë; Edhe më e vështirë për të hyrë në një kontekst kozmologjik. Dhe është krejtësisht e pakuptueshme se si në këtë rrugë për të marrë një shpjegim se energjia e vakuumit nuk është aq afër me zero të jetë e parëndësishme për kozmologjinë, por përkundrazi, që merr vlerën e dëshiruar. Për ta bërë këtë deri më tani, dikush dështoi.

  Nëse energjia e errët është një energji vakumi, atëherë përpiquni të kuptoni pse ka një sasi të tillë të vogël, ju mund të, pas një logjike krejtësisht të ndryshme. Paramendoni se universi është jashtëzakonisht i madh saqë është shumë herë më shumë se pjesa që vëzhgojmë. Supozoni më tej se në pjesë të ndryshme, shumë të gjera të universit mund të realizohen një shumëllojshmëri të kushteve vakum me densitetin më të ndryshëm të energjisë. Një mundësi e tillë, nga rruga, nuk është teorikisht e përjashtuar; Për më tepër, është kështu, me sa duket, situata është në teorinë e superstrun, veçanërisht nëse universi kaloi fazën inflacioniste. Zona e universit, ku dendësia e energjisë vakum është shumë e madhe në vlerën absolute, duken plotësisht ndryshe nga zona jonë: ku energjia e vakumit është e madhe dhe pozitive, hapësira zgjerohet aq shpejt sa yjet dhe galaktikat thjesht nuk kanë kohë për të formuar; Në zonat me energji të madhe negative vakum, zgjerimi i hapësirës zëvendësohet shpejt nga compression, dhe këto zona kolapsojnë shumë kohë para formimit të yjeve. Në të dy rastet, evolucioni kozmologjik është i papajtueshëm me ekzistencën e vëzhguesve si ne. Anasjelltas, ne mund të shfaqim vetëm ku dendësia e energjisë vakum është shumë afër zero - ne u shfaqëm atje. Ai sugjeron një analogji me një fakt tjetër, mjaft të qartë: ne ekzistojmë në planetin Tokë, pak a shumë të përshtatshme për jetën, dhe jo në një vend arbitrar në univers, ku nuk ka kushte për jetën fare.

  Kjo, siç thonë ata, pikëpamja antropike mbi problemin e energjisë së vakumit ka folur mbi 20 vjet më parë në veprat e A. Linde dhe S. Weinberg. Tani ai është popullor në mesin e pjesës së dukshme të fizikanëve teorikë. Një pjesë tjetër e percepton atë si një mënyrë për t'u larguar nga pyetja se çfarë arsye fizike në të vërtetë përcaktojnë një energji të tillë të vogël të vëzhguar, dhe nuk është natyra e energjisë së errët plotësisht të ndryshme. Qasja më e pezulluar, ndoshta, nuk është të përjashtojë shpjegimin antropik si një përgjigje e mundshme e kufizuar, por duke u përpjekur të gjejnë ende një zgjidhje alternative për problemet e energjisë vakum dhe të energjisë së errët.

  4.2 fusha të lehta
  Një alternativë për vakum si një fushë jo-një, "derdhur" në univers, mund të jetë një alternativë për vakum. Në këtë mishërim, energjia e fushës së re është energjia e errët. E re Kjo fushë duhet të jetë për shkak se prania e kudo në universin e fushave të njohura (për shembull, elektromagnetike) do të kishte shumë për të ndikuar në sjelljen e substancës dhe çoi në efektet që u zbuluan gjatë. Përveç kësaj, fushat e njohura janë të tilla që energjia e tyre nuk ka vetitë e lartpërmendura të energjisë së errët.
  Një fushë e re hipotetike duhet të karakterizohet nga një shkallë energjie prej 0.002 përmbajtje elektronike. Edhe pse është një shkallë shumë e vogël nga pikëpamja e ndërveprimeve të njohura, nuk duket plotësisht e pavërtetë. Në të vërtetë, ne tashmë e dimë se shkalla e ndërveprimeve të ndryshme ndryshon shumë në mesin e tyre. Kështu, shkalla e ndërveprimeve të forta (200 milion elektronike) është 1019 herë më pak se shkalla e forcave gravitacionale. Një ndryshim i tillë gjigant, sigurisht, në vetvete kërkon një shpjegim, por kjo është një pyetje e veçantë. Sidoqoftë, ekzistenca e shkallëve të ndryshme të energjisë është fakti, dhe futja e një shkalle të re, të vogël nuk duket një pengesë e parezistueshme.
  Fusha e re, në përgjithësi, ndryshon në procesin e evolucionit të universit. Dendësia e tij e ndryshimeve të energjisë. Kështu që ky ndryshim nuk ishte shumë i shpejtë, kuanta e fushës së re - grimca të reja - duhet të ketë një masë jashtëzakonisht të vogël; Thuhet se kjo fushë duhet të jetë e lehtë.
  Së fundi, fusha e re është një forcë e re (në të njëjtën mënyrë si fusha gravitacionale korrespondon me forcat gravitacionale dhe elektromagnetike - elektrike dhe magnetike). Fushë e lehtë me forcë jashtëzakonisht të ulët masive me një rreze të madhe të veprimit, të ngjashme me gravitetin.
  Në mënyrë që të mos jetë kontradiktë me eksperimentet për verifikimin e teorisë së përgjithshme të relativitetit, ndërveprimi i kësaj fushe me një substancë konvencionale duhet të jetë shumë i dobët, më i dobët se gravitacional.

  Të gjitha këto prona nuk kërkojnë teoricien tërheqës, por ju mund t'i pranoni ato. Është e rëndësishme që hipoteza në lidhje me fushën e re të paktën në parim lejon verifikimin eksperimental. Së pari, si rezultat i matjeve më të sakta të ritmit të zgjerimit të universit në fazën e tanishme dhe në të kaluarën mund të konstatohet se dendësia e ndryshimeve të energjisë së errët me kalimin e kohës. Kjo do të vërehet patjetër hipoteza e natyrës së vakumit të energjisë së errët dhe anasjelltas do të shërbejë si një ekzistencë e një fushe të re të dritës në univers. Së dyti, në të ardhmen, ju mund të shpresoni të zbuloni heterogjenitetin e shpërndarjes së energjisë së errët në hapësirë. Kjo do të ishte prova përfundimtare se energjia e errët është energjia e një fushe të re, dhe jo ndonjë gjë tjetër.

  Nga ana tjetër, sot nuk ka asnjë mënyrë që ju të shihni mënyra për të regjistruar një fushë të re të dritës në eksperimentet laboratorike, në përshpejtuesit, etj. Arsyeja është ndërveprimi jashtëzakonisht i dobët i kësaj fushe me një substancë. Pesimizmi i tillë, megjithatë, mund të jetë i përkohshëm në natyrë: ne e dimë shumë pak për fushën e re për të eliminuar plotësisht mundësinë e studimit të drejtpërdrejtë eksperimental në të ardhmen. Kurre mos thuaj kurre".

  Fizika diskuton lloje të ndryshme të fushave të dritës hipotetike, energjia e të cilave mund të veprojë si energji e errët. Në pikëpamjen më të thjeshtë nga këndvështrimi teorik, dendësia e energjisë e fushës së re zvogëlohet me kalimin e kohës. Për fushën e këtij lloji, përdoret edhe termi "quintessence" (nganjëherë përdoret edhe termi "Kosmon"). Megjithatë, nuk përjashtohet, mundësia kur dendësia e energjisë po rritet me kalimin e kohës; Fusha e këtij lloji quhet "fantazmë". Phantom do të ishte një fushë shumë ekzotike; Asgjë e tillë nuk është takuar ende në natyrë. Dallimi midis Kwynetesesen dhe Phantom, siç do të diskutojmë më poshtë, është e rëndësishme nga pikëpamja e universit të largët të largët.

  4.3 Gravitetit të ri

  Së fundi, një tjetër shpjegim i mundshëm i energjisë së errët është se nuk ka energji të errët. Energjia e errët duhet të përfshihet në shpjegimin e veçorive të zgjerimit të universit nëse evolucioni kozmologjik është përshkruar nga teoria e përgjithshme e relativitetit. Nëse kjo teori nuk është e zbatueshme në shkallën moderne kozmologjike të gjatësisë dhe kohërave, atëherë në energji të errët nuk ka nevojë.

  Natyrisht, me një vështrim të tillë të energjisë së errët, është e pamundur të mos merret parasysh fakti që teoria e përgjithshme e relativitetit është testuar mirë në një shkallë më të vogël të distancave. Prandaj, është e nevojshme të krijohet një teori e re e gravitetit, e cila u zhvendos në teorinë e përgjithshme të relativitetit në këto distanca, por përndryshe do të përshkruhet nga evolucioni i universit në relativisht vonë, afër fazave tona (por jo në faza e reaksioneve termonuklear në sekondat e para pas një shpërthimi të madh). Kjo është një detyrë e vështirë, veçanërisht nëse e konsideroni kërkesën e vetë-konsistencës, konsistencën e brendshme të teorisë. Megjithatë, bëhen përpjekje të tilla, dhe disa prej tyre duken mjaft premtuese.

  Një nga mundësitë është të ndalosh duke marrë parasysh botën e përhershme të Njutonit të plotë me vlerë të përhershme, lejo që ajo të ndryshojë në hapësirë \u200b\u200bdhe në kohë, duke iu bindur ekuacioneve të caktuara. Për fat të keq, versionet më të bukura të teorisë që zbatojnë këtë veçori refuzohen nga eksperimentet për verifikimin e teorisë së përgjithshme të relativitetit. Nëse bukuria nuk është ndjekur, atëherë modelet që shpjegojnë zgjerimin e përshpejtuar të universit dhe janë në përputhje me gjithçka që dihet për gravitetin, është e mundur të ndërtohet në këtë rrugë. Modele të tilla, si rregull, parashikojnë devijime nga teoria e përgjithshme e relativitetit, të cilat, edhe pse të vogla, por në perspektivë janë zbuluar eksperimentalisht.

  Ne gjithashtu vërejmë idenë se hapësira jonë mund të ketë më shumë se tre dimensione, me matje shtesë në distanca normale nuk tregojnë veten. Në të njëjtën kohë, në distanca kozmologjike në miliarda vite të lehta, linjat e energjisë të fushës gravitacionale mund të "zvarrisësh" në matjet shtesë, prandaj graviteti nuk do të përshkruhet më shumë se ligji i zakonshëm i Njutonit. Ligji i zgjerimit të universit mund të ndryshojë. Një teori mjaft e kënaqshme që shpjegon zgjerimin e përshpejtuar të universit në këtë mënyrë, ende nuk është ndërtuar; Në modelet e sugjeruara deri tani, kjo ide zbatohet vetëm pjesërisht. Nuk është më pak se këto modele të çojnë në parashikimet e tyre për eksperimentin. Midis tyre janë aftësia për të ndryshuar ligjin gravitacional të Njutonit në distanca të vogla; Të vogla, por duke zbuluar ndryshime në teorinë e përgjithshme të relativitetit në sistemin diellor, etj.

  Pra, tiparet e hapura kohët e fundit të zgjerimit të universit vënë një pyetje të re: A kanë ata një energji vakumi, energjia e një fushe të re drite ose një gravitet të ri në distanca super-të gjata? Studimi teorik i këtyre mundësive në aktivitet të plotë, dhe përgjigja, si zakonisht në fizikë, në fund të fundit duhet të japin eksperimente të reja.

  5 energji të errët dhe të ardhme të universit

  Me zbulimin e energjisë së errët, idetë për atë që mund të jetë e ardhmja e largët e universit tonë mund të jetë. Para këtij zbulimi, çështja e së ardhmes u kontaktua qartë me çështjen e lakimit të hapësirës tre-dimensionale. Nëse, sa më parë besohet më parë, lakimi i hapësirës në 2/3 u përcaktua nga ritmi modern i zgjerimit të universit, dhe nuk kishte energji të errët, universi do të zgjerohej i pakufizuar, duke u ngadalësuar gradualisht. Tani është e qartë se e ardhmja përcaktohet nga vetitë e energjisë së errët.

  Meqë ne i dimë këto prona tani keq, nuk mund të parashikojmë të ardhmen. Ju mund të konsideroni mundësi të ndryshme. Për atë që po ndodh në teoritë me një gravitet të ri, është e vështirë të thuhet, por skenarë të tjerë kanë mundësinë të diskutojnë tashmë tani. Nëse energjia e errët është konstante në kohë, si në rastin e energjisë së vakumit, universi gjithmonë do të përjetojë një zgjerim të përshpejtuar. Shumica e galaktikave përfundimisht do të largohen nga distanca jonë e madhe, dhe galaktika jonë, së bashku me disa fqinjë, do të jetë një ishull në boshllëk. Nëse energjia e errët është quintessence, atëherë në të ardhmen e largët, zgjerimi i përshpejtuar mund të ndalet dhe madje të ndryshojë compression. Në rastin e fundit, universi do të kthehet në një shtet me materie të nxehtë dhe të dendur, do të ndodhë "shpërthim i madh në të kundërtën", prapa në kohë.

  Edhe fati më dramatik pret që universi, nëse energjia e errët është fantazmë, dhe e tillë që densiteti i saj i energjisë rritet për një kohë të pacaktuar. Zgjerimi i universit do të jetë gjithnjë e më i shpejtë, do të përshpejtojë aq shumë sa galaktikat do të hidhen nga grupet, yjet nga galaktikat, planetet nga sistemi diellor. Bëhet fjalë për faktin se elektronet do të largohen nga atomet, dhe bërthamat atomike ndahen në protone dhe neutrone. Kjo do të ndodhë, siç thonë ata, një hendek i madh.

  Një skenar i tillë, megjithatë, nuk ka shumë të ngjarë. Më shumë gjasa, dendësia e fuqisë së fantazmës do të mbetet e kufizuar. Por pastaj universi mund të presë një të ardhme të pazakontë. Fakti është se në shumë teori sjellja Phantom është një rritje e dendësisë së energjisë me kalimin e kohës - e shoqëruar nga paqëndrueshmëria e fushës Phantom. Në këtë rast, fusha fantazmë në univers do të bëhet fort inhomogjene, dendësia e energjisë së saj në pjesë të ndryshme të universit do të jetë ndryshe, disa pjesë do të zgjerohen shpejt dhe disa mund të përjetojnë një kolaps. Fati i galaktikës sonë do të varet nga cili rajon do të bjerë.

  E gjithë kjo, megjithatë, i takon të ardhmes, të largët edhe në standardet kozmologjike. Në 20 miliardë vitet e ardhshme, universi do të mbetet pothuajse i njëjtë si tani. Ne kemi kohë për të kuptuar pronat e energjisë së errët dhe në këtë mënyrë definitivisht parashikojnë të ardhmen - dhe ndoshta ndikojnë në të.

  Akademik Ras, Rubakov v.a.

Kthim