Часто задаваемые вопросы о тёмной энергии

[ – , , , – . .]

« »?

, , .

, – «» ?

-, : , , . «» , , , , , . .

- . ?

يمكن تلخيص المسافة النسبية بين المجرات البعيدة في مؤشر واحد ، "عامل المقياس" ، الذي يُكتب غالبًا كـ (t) أو R (t). هذا ، في الواقع ، هو "حجم" الكون - على الرغم من أنه ليس تمامًا ، لأن الكون يمكن أن يكون كبيرًا بشكل لا نهائي. بتعبير أدق ، هذا هو الحجم النسبي للمسافة من لحظة إلى أخرى. إن تمدد الكون يعني زيادة في عامل المقياس بمرور الوقت. تسريع الكون يعني زيادته بالتسارع - أي بمشتق ثان إيجابي.

هل هذا يعني أن ثابت هابل الذي يقيس معدل التوسع آخذ في الازدياد؟

. «» ( «» , ), , : , . ? , . – , .

, . , . , , – , . , .

بمعنى آخر: يربط قانون هابل بين سرعة المجرة v وبين المسافة d إليها في المعادلة v = H * d. قد تزيد هذه السرعة حتى في حالة انخفاض معامل هابل ؛ إذا كانت تقل ببطء أكثر من المسافة التي تنمو.

ولكن هل انتظر علماء الفلك حقًا مليار سنة لإعادة قياس سرعات المجرات؟

لا. نقيس سرعات المجرات البعيدة جدًا. بينما يسير الضوء بسرعة ثابتة ، سنة ضوئية واحدة في السنة ، ننظر إلى الماضي. إن إعادة بناء تاريخ السرعات واختلافاتهم في الماضي يكشف لنا حقيقة تسارع الكون.

وكيف تقيس المسافة إلى مجرة ​​بعيدة؟

هذا ليس سهلا. الطريقة الأكثر موثوقية هي من خلال "شمعة قياسية" - جسم مشرق نوعًا ما يمكن رؤيته من بعيد ، والذي يُعرف سطوعه مسبقًا. ثم يمكنك حساب المسافة إليها ، ببساطة عن طريق قياس سطوعها. كلما كان خافتاً ، كلما كان أبعد.

لسوء الحظ ، لا توجد الشموع القياسية.

إذن ماذا فعلوا؟

, , : . , Ia, , , . 1990- , , . , , , , , .

Ia ?

نحن بالتأكيد غير متأكدين - في الأساس ، يتم حساب كل شيء تجريبيًا. لكن هناك فكرة - نعتقد أن هذه المستعرات الأعظمية تحدث عندما تجذب الأقزام البيضاء المادة من الخارج حتى تصل إلى حد Chandrasekhar وتنفجر. وبما أن هذا التقييد هو نفسه في جميع أنحاء الكون ، فليس من المستغرب أن يكون للمستعر الأعظم سطوع مماثل. من المحتمل أن تكون الانحرافات بسبب تركيبات النجوم المختلفة.

لكن كيف تعرف متى سيحدث مستعر أعظم؟

. , - . . , , , ( , ) – , . . , , Ia. , , , , – - . , – , .

, ?

( ) , – , . , , – , , , , .

?

1998 , - . , , . , . . . . , , .

, - , - , - , -?

, , , . 100%, . , , , , , , «». , . , , – , , .

, ?

, . – . , , . . , 27% , 73% - , : « ». . – ( , ) .

, ?

, ! . -, . , , ( , ). -, . , , . -, . ( ) . , .

«», «». , , . – - .

. ?

– : « » « ». , , , – . : , , , . , .

, ?

. , . , , «», , , - . , . - , , .

?

. , , . , , . , .

?

إذا كانت الميكانيكا الكلاسيكية فقط معروفة لنا ، فإن الثابت الكوني سيكون مجرد رقم - لن يكون هناك سبب يجعلها كبيرة أو صغيرة بشكل خاص ، إيجابية أو سلبية. سوف نقيسها فقط ونهدأ.

لكن عالمنا ليس كلاسيكيًا ، بل كمومي. وفي نظرية المجال الكمي ، يجب أن تخضع الكميات الكلاسيكية لتصحيحات كمومية. في حالة طاقة الفراغ ، فإن هذه التصحيحات لها شكل طاقة الجسيمات الافتراضية ، والتي تحدث تقلباتها في فراغ الفراغ.

يمكننا جمع كمية الطاقة الناتجة عن هذه التقلبات والحصول على اللانهاية. هذا ، على ما يبدو ، غير صحيح ، ونعتقد أننا نبالغ في الحساب. على سبيل المثال ، يتضمن هذا الحساب التقريبي تقلبات من جميع الأحجام ، بما في ذلك الأطوال الموجية الأقل من طول بلانك ، والتي ربما يفقد فيها الزمكان موثوقيته المفاهيمية. إذا جمعنا الأطوال الموجية الأطول فقط من طول بلانك ، نحصل على تقدير للثابت الكونية.

ونتيجة لذلك ، يخرج 10 ¹²⁰ أكثر من القيمة المرصودة. هذا الاختلاف هو مشكلة الثابت الكوني.

لماذا الثابت الكوني صغير للغاية؟

لا أحد يعرف. بينما لم نتمكن من العمل مع المستعرات الأعظمية ، اعتقد العديد من الفيزيائيين بوجود تناظر مخفي أو آلية ديناميكية تعيد ضبط الثابت الكوني ، حيث كنا واثقين من أنها كانت أقل من تقديراتنا. الآن نحن بحاجة إلى شرح لماذا هو صغير ولماذا لا يساوي الصفر. وإلى جانب ذلك ، هناك مشكلة صدفة - لماذا تتزامن أوامر حجم كثافة الطاقة المظلمة والمادة.

, : . , , , ( ) , . , . , . , . 1988 , . , , « , ». , , « », . , - , , .

نحن بحاجة إلى صيغة بسيطة تتنبأ بالثابت الكوني كدالة لجميع ثوابت الطبيعة الأخرى. ليس لدينا ذلك ، لكننا نحاول إخراجه. تعمل الخيارات المقترحة مع الجاذبية الكمية ، والأبعاد الإضافية ، والثقوب الدودية ، والتناظر الفائق ، واللامركزية ، وغيرها من الأفكار المثيرة للاهتمام ، ولكنها المضاربة. حتى الآن لم يتجذر شيء.

هل أثرت أي تجارب على تطور نظرية الأوتار؟

نعم: تسارع الكون. قبل ذلك ، افترض المنظرون الحاجة إلى وصف الكون بدون طاقة فراغية. عندما كانت هناك فرصة لتمييزها عن الصفر ، نشأ السؤال عما إذا كان يمكن دفع هذه الحقيقة إلى نظرية الأوتار. اتضح أن هذا ليس من الصعب القيام به. المشكلة هي أنه إذا وجدت حلًا واحدًا ، فهناك عدد كبير من الحلول السخيفة. مثل هذا المشهد من نظرية الأوتار يقتل الأمل في حل فريد واحد يمكن أن يفسر العالم الحقيقي. سيكون ذلك لطيفًا ، ولكن على العلم أن يأخذ ما تقدمه الطبيعة.

ما هي مشكلة المصادفة؟

, . , . , . . 10¹⁰⁰ , . , , , , ? ( ), - . . - .

, , , ?

, .

?

– , . – , .

, ?

. - . , , . – , , , .

?

ليس بشكل خاص. كان من المخطط في الأصل أنه من خلال النظر إلى شيء ديناميكي ومتغير ، وليس فقط ثابتًا ، يمكنك العثور على بعض التفسيرات الذكية لسبب ضعف الطاقة المظلمة ، ويمكن أيضًا تفسير مشكلة المصادفة. لكن هذه الآمال لم تتحقق.

تم إضافة مشاكل جديدة فقط. وفقًا لنظرية المجال الكمي ، فإن الحقول العددية تحب أن تكون ثقيلة. ولكن في حالة الجوهر ، يجب أن يكون المجال العددي خفيفًا بشكل غير واقعي ، ^10-30بالوزن من أخف النيوترينو (ولكن ليس صفرًا). وهذه مشكلة واحدة ، والثانية - يجب أن يتفاعل حقل عددي خفيف مع المادة العادية. حتى لو كان مثل هذا التفاعل ضعيفًا ، يجب أن يكون من الممكن اكتشافه - لكنهم لم يجدوه. بالطبع ، هذه ليست مشكلة فحسب ، بل هي أيضًا فرصة - ربما ستجد أفضل التجارب "قوة الجاذبية" ، وسنتعامل أخيرًا مع الطاقة المظلمة.

وإلا كيف يمكننا اختبار فكرة الجوهر؟

مباشرة - استخدم المستعرات الأعظمية ، فقط أذكى. بشكل عام: بناء خريطة لتوسع الكون بدقة يمكن ملاحظتها ما إذا كانت كثافة الطاقة المظلمة تتغير بمرور الوقت. عادة ما يتم تمثيل هذا على أنه محاولة لقياس المعلمة ث من معادلة حالة الطاقة المظلمة. إذا كان w يساوي -1 ، فإن الطاقة المظلمة ثابتة - هذه هي طاقة الفراغ. إذا كان w أكثر بقليل من -1 ، فإن كثافة الطاقة المظلمة تنخفض. إذا كانت أقل قليلاً من -1 (على سبيل المثال ، -1.1) ، فإن كثافة الطاقة المظلمة تزداد. هذا أمر خطير للعديد من الأسباب النظرية ، ولكن ما زلنا بحاجة إلى تتبع ذلك.

ما هو ث؟

يطلق عليه معلمة معادلة الحالة ، لأنه يربط ضغط الطاقة المظلمة p بكثافة طاقتها ρ ، من خلال w = p / ρ. بالطبع ، لا أحد يقيس ضغط الطاقة المظلمة ، لذا فإن التعريف غبي نوعًا ما - لكن هذه مجرد حالة تاريخية. ما يهم هو كيف تتغير الطاقة المظلمة بمرور الوقت ، ولكن في GTR ، يرتبط هذا بشكل مباشر بمعلمة معادلة الحالة.

هل هذا يعني أن ضغط الطاقة المظلمة سلبي؟

بالضبط يعني الضغط السلبي أن المادة تسحب ، لا تدفع ، مثل الربيع الممتد الذي يسحب إلى الداخل من كلا الطرفين. غالبًا ما يسمى هذا التوتر. لذلك ، اقترحت مصطلح "التوتر الناعم" بدلاً من "الطاقة المظلمة" ، لكنني تأخرت.

لماذا تجعل الطاقة المظلمة الكون يتسارع؟

. , - . , ( -) . , . . , , , v = H*d, , H – , v - . .

, , ?

في بعض الأحيان يمكنك سماع عبارات مثل "الطاقة المظلمة تسرع الكون بسبب الضغط السلبي". بالمعنى الدقيق للكلمة ، لكنها معاكسة بعض الشيء: مثل هذا التعبير يعطي فقط وهم الفهم. يقال لك أن "قوة الجاذبية تعتمد على الكثافة والضغط الثلاثي ، لذلك إذا كان الضغط مساوياً للكثافة ومعاكساً لها ، فإن الجاذبية ستتصدى". يبدو الأمر معقولًا ، لكن لا أحد يشرح لك لماذا تعتمد الجاذبية على الكثافة والضغط الثلاثي. وبشكل عام ، لا تعتمد قوة الجاذبية على هذا ، ولكن التوسع المحلي للفضاء.

السؤال هو "لماذا لا يجمع التوتر بين الأشياء؟" شرعي. الجواب هو أن الطاقة المظلمة لا تضغط على أي شيء ولا تسحب أي شيء. لا يتفاعل مع المادة العادية ، ويتم توزيعه بالتساوي في الفضاء ، لذلك فإن أي توتر سيحدث في اتجاه واحد يتم تعويضه بنفس الشيء تمامًا في الاتجاه المعاكس. يتم تسريع الكون من خلال التأثير غير المباشر للطاقة المظلمة ، التي تعمل من خلال الجاذبية.

في الواقع ، تتسبب الطاقة المظلمة في تسارع الكون لأنه ثابت.

هل تبدو الطاقة المظلمة مثل الجاذبية؟

لا. الطاقة المظلمة ليست مقاومة للجاذبية ، ولكنها ببساطة الجاذبية. تخيل عالماً بدون طاقة مظلمة ، باستثناء فقاعتين من الطاقة المظلمة. لا تصد هاتين الفقاعتين ، فهي تنجذب. ولكن داخل الفقاعات ، الطاقة المظلمة تدفع الفضاء وتتوسع. هذه هي عجائب الهندسة غير الإقليدية.

هل هذه قوة طاردة جديدة؟

لا. هذا مجرد نوع جديد من مصدر القوة القديمة - الجاذبية. لا قوات جديدة.

ما الفرق بين الطاقة المظلمة والمادة المظلمة؟

هذه أشياء مختلفة تمامًا. المادة المظلمة هي جسيم لم نكتشفه بعد. نحن نعرف عن وجودها ، لأننا نرى كيف يؤثر ذلك بمساعدة الجاذبية على الأجسام المختلفة (المجرات ، التكتلات ، الهياكل الكبيرة ، الإشعاع المتراكم). إنه 23٪ من الكون. لكن في الواقع ، هذه هي المسألة القديمة الجيدة ، وهي مسألة واحدة لا يمكننا (حتى الآن) إصلاحها. يتراكم تحت تأثير الجاذبية ويتلاشى أثناء تمدد الكون. الطاقة المظلمة ، من ناحية أخرى ، لا تتراكم أو تتبدد. ليست مصنوعة من جزيئات ، إنها شيء مختلف تمامًا.

أو ربما لا توجد طاقة مظلمة ، ما عليك سوى تصحيح الجاذبية قليلاً على مقياس كوني؟

. : f®, , DGP – , . – , , , . – , – .

الجاذبية المعدلة تستحق النظر. ولكن ، كما هو الحال في الجوهر ، فإنه يخلق مشاكل أكثر مما يحل ، على الأقل في الوقت الحالي. أفضل التوقعات التالية لفرص النجاح: الثابت الكوني: 0.9 ، الطاقة المظلمة الديناميكية = 0.09 ، الجاذبية المعدلة = 0.01.

ماذا تقول الطاقة المظلمة عن مستقبل الكون؟

يعتمد على ما هي الطاقة المظلمة. إذا كان ثابتًا كونيًا أبديًا ، فسيستمر الكون في التمدد والتبريد والفراغ. ونتيجة لذلك ، لن يبقى هناك سوى مساحة فارغة.

قد يكون الثابت الكوني ثابتًا مؤقتًا ؛ أي ، قد يحدث انتقال طوري في المستقبل ، وبعد ذلك ستنخفض طاقة الفراغ. ثم قد يتراجع الكون.

إذا كانت الطاقة المظلمة ديناميكية ، فكل شيء ممكن. إذا كانت ديناميكية ومتنامية (أقل من -1 دائمًا) ، يمكننا حتى الحصول على فجوة كبيرة .

ماذا بعد ذلك؟

( ) . , . , , . , (Large Synoptic Survey Telescope) .

لكن الجواب قد يكون مملًا - فالطاقة المظلمة ستكون ثابتًا كونيًا بسيطًا. هذا مجرد رقم واحد ، وما الذي يمكن عمله به؟ في هذه الحالة ، من الواضح أننا بحاجة إلى نظريات محسنة ، بالإضافة إلى مساهمات من مصادر البيانات التجريبية ذات الصلة - مسرعات الجسيمات ، وعمليات البحث عن القوة الخامسة ، واختبارات الجاذبية - أينما يمكنك الحصول على معلومات حول كيفية الجمع بين نظرية المكان والزمان على أساس أساسي المستوى.

ما هو عظيم في العلم هو أنه في نهاية الكتاب لا توجد إجابات صحيحة ؛ أولاً وقبل كل شيء ، تحتاج إلى حفر نفسك. والطاقة المظلمة هي واحدة من أكبر التحديات.