[Академия] Волшебство Вселенной: как по темной энергии можно узнать дальнейшее развитие Вселенной

Я продолжаю публиковать серию постов по курсу Greatest Unsolved Mysteries of the Universe и принимать участие в Академии (@academy). В первом посте по этой теме я писала, что расстояние в космологии - это все. Зная этот показатель, мы можем рассчитать очень многое. Но на расстояние влияет несколько сил, многие из которых нам еще неизвестны или мало известны, например, темная энергия.

Пространство Вселенной состоит из 70% темной энергии, 25% темной материи и 5% известных нам элементов (например, гелия).

Темная энергия расширяет пространство, темная материя наоборот притягивает частицы друг к другу.

В данном посте я хочу больше рассказать о темной энергии. Итак, сегодня известно:

• это форма вакуумной энергии (вакуум - это не пустота, там есть шум и колебания)
• имеет негативное давление
• пространство расширяется из-за воздействия темной энергии

Вопросы, которые пока без ответа:

• из чего она состоит
• что вызывает колебания
• каким способом она воздействует на пространство и многие другие

На самом деле, эта область абсолютно неизведана, и здесь больше вопросов, чем ответов. Но есть некоторые видимые нам свойства, с помощью которых мы можем сделать некоторые выводы о возрасте и развитии Вселенной. О них и пойдет дальше речь.

В 1990-х годах верили, что скорость расширения пространства замедляется. Причем так замедляется, что потом оно может привести к обратному "схлопыванию" Вселенной. Вопрос состоял лишь в том, когда это произойдет. И вот тут есть несколько интересных открытий, которые удалось выяснить ученым, когда они начали более подробно изучать эту тему.

Во многих формулах в астрофизике используется некий Scale Factor, благодаря нему мы коррелируем наши вычисления. Раньше было известно, что он остается константой или уменьшается. Как, зная эту зависимость определить возраст Вселенной и предсказать ее дальнейшее поведение?

Зависимость между временем и расширением линейное

Это невозможно. Почему? Потому что из этого следует, что во Вселенной больше нет никаких других сил, которые оказывают действие на развитие, что уже неправда. Но это мы знаем сейчас. До середины 90-х это была рабочая теория. Давайте более детально рассмотрим последствия такого сценария.

Зная то, что Scale Factor меняется и увеличивается со временем, то можем предположить, что во время Большого Взрыва он был равен нулю. Также известно, что, если взять любую видимую нам Галактику, то она должна была бы быть в самом зарождении Вселенной на том же месте, что и Земля.
Зная скорость движения, расстояние, скорость света и красное смещение мы можем вычислить возраст Вселенной, но некоторые объекты которые удалось изучить говорят нам о том, что их возраст намного старше этой цифры, что говорит о неправильности расчетов и теории, в целом.

Зависимость между временем и расширением обратно пропорциональное

Вселенная полна материи и веществ с некоторой массой. Мы знаем, что масса порождает гравитацию, соответственно, некоторые частицы притягиваются друг к другу. Давайте представим, что под действием этих сил Scale Factor будет замедляться. Однако этой гравитации недостаточно, чтобы полностью убрать его, поэтому она лишь замедляет его действие. Однако Вселенная все равно продолжает расширяться.

Если представить, что массы будет достаточно, чтобы убрать Scale Factor, то все частицы начнут притягиваться друг к другу, что приведет к первоначальному виду Вселенной до Большого Взрыва.

Эти 2 сценария развития в 90-х были одни из самых дискутирующих в научном сообществе астрофизиков, но ни первая, ни вторая гипотеза не имела точного подтверждения, как и опровержения.

Сейчас мы почти точно знаем, что Вселенная расширяется, причем сначала медленно, но со временем все быстрее и быстрее.

Как это удалось выяснить?

Один из преподавателей курса - Brian Schmidt, является обладателем Нобелевской премии за его исследования темной энергии, а именно за открытие феномена про ускоряющееся расширение Вселенной.

Для этого была исследована сверхновая типа Ia. - звезды, которые завершают свою эволюцию гигантским взрывом. Итак, было принято, что Вселенная расширяется с одинаковой скоростью. Мы знаем, что яркость меняется от расстояния, так мы можем определить, сколько времени потребовалось свету, чтобы он смог достигнуть Земли, соответственно определяем расстояние. По красному смещению легко считаем расширение.
Когда группа ученых начала изучать данный тип сверхновых, то они заметили нестыковки в подсчетах: расстояние не совпадало со степенью расширения. Свет шел намного дольше, как будто расширение в прошлом происходило значительно медленнее. Так было установлено, что расширение ускоряется, а не замедляется.

Прошло уже 20 лет со времени открытия темной энергии, но о ее природе мы до сих не знаем почти ничего. Сейчас большие надежды на ее исследование возлагают на квантовую науку.

Что больше всего запомнилось?

Скорость расширения Вселенной увеличивается с каждой секундой. Невероятно, но, теоретически, настанет время, когда люди с Земли уже не смогут увидеть ни одну Галактику.

Всем теплых улыбок :)
До встречи!