Тёмная энергия

Чёрная энергия или тёмная энергия (англ. dark energy) – одно из двух понятий (наряду с тёмной материей) которую космологи, придерживающиеся теории Большого Взрыва изобрели для объяснения большинства серьёзных расхождений между астрономическими наблюдениями и их собственными ожиданиями. Астрономы и космологи размышляют о природе этой чёрной энергии более 10 лет. В настоящий момент к дебатам подключились креационисты, и Джон Хартнетт (John Hartnett) сделал смелое заявление, что ни тёмной энергии, ни тёмной материи не существует, а пересмотра требует физика космоса.

К аналогичным выводам приходят и другие учёные. В частности, один физик из академиков РАН, заявил:

Ещё одно возможное объяснение состоит в том, что на самом деле нет никакой темной энергии. Термин "темная энергия", что бы он ни обозначал – некую субстанцию или же явление – употребляется для объяснения процесса ускоренного расширения Вселенной. Новая форма энергии необходима, если Вселенная развивается по законам общей теории относительности (ОТО). А если её устройство не подчиняется ОТО, то "темная энергия" вообще становится не нужна.

Вводная информация

В 1998 г. в ходе космологического проекта «Сверхновая» проводились наблюдения, в основном с земли, 42 сверхновых звёзд типа Ia с целью измерения скорости замедления расширения Вселенной. (Сверхновые звёзды типа Ia – это объекты примерно одинаковой яркости и, таким образом, любимые объекты для стандартизации красного смещения, а следовательно, скорости расширения.) Эти сверхновые оказались на деле намного тусклее ожидаемого, каковое открытие указывало на ускорение расширения, а не на его замедление, которое должно было производить гравитационное притяжение. Конкурирующая группа по поиску сверхновых «Высокая Z» (High-Z), сообщила о своих наблюдениях ещё 14 сверхновых. (Символ z в этом контексте означает красное смещение). Обнаружение ускоряющейся Вселенной оказалось величайшим сюрпризом для всех заинтересованных наблюдателей и комментаторов.

Саул Перлмуттер, Майкл Тёрнер и Мартин Уайт, как представляется, придумали термин тёмная энергия, для наименования того явления, которое вызывает очевидное ускорение. Этот термин появляется опять в более всесторонней работе Бакалля, Острикера, Перлмуттера и Штайнхардта, где предполагается, что до сих пор неизвестная форма энергии «преодолевает гравитационное самопритяжение материи и приводит к ускорению расширения Вселенной».

В 2001 г. Райсс и его коллеги с помощью космического телескопа «Хаббл» поймали на плёнку самую дальнюю из видимых тогда сверхновых, SN1997ff, на расстоянии 10 млрд. световых лет. Величина и красное смещение этого объекта соответствовали замедляющемуся расширению. Это соответствует той модели, которую в то время создавали Райсс и другие учёные, по которой расширение Вселенной изначально замедлялось, а позже, когда плотность материи в ней упала ниже критического уровня, ускорилось.

В 2003 г. исследование 11 сверхновых типа Ia с помощью телескопа «Хаббл» подтвердило сделанное ранее открытие ускоренного расширения Вселенной. Астрономы считают это самым решающим на сей день подтверждением существования тёмной энергии.

Природа чёрной энергии

Тёмная энергия на данный момент является гипотетической, её существование не доказано и не обнаружено. Расчётное количество тёмной энергии является, очевидно, избытком энергии, которая каким-то образом резко ускорила расширение Вселенной. Нынешние оценки времени, истекшего с момента, когда произошло это расширение, варьируются от 5 до 7,5 млрд. лет.

По оценкам космологов-традиционалистов, из тёмной энергии состоит 70% всей энергии во Вселенной. Тёмная материя занимает ещё 25%. Остальная часть – это знакомая или барионная материя, из которой состоят все объекты.

У космологов-униформистов есть три теории того, какие формы может принимать эта энергия:

1. Это фундаментальное свойство Вселенной, как изначально и предполагал Альберт Эйнштейн. Исходная идея Эйнштейна состояла в том, что эта сила, которую он назвал «космологической постоянной», должна в точности уравновешивать гравитацию и, таким образом, удерживать все галактики и другие объекты похожего размера на месте. Эйнштейн сначала отбросил свои же открытия после того, как Эдвин Хаббл показал, что Вселенная расширяется. Некоторые современные космологи полагают, что Эйнштейн мог быть всё же прав.
2. Это ранее неизвестный вид энергетической жидкости или поля, а возможно, даже пятая элементарная сила, вдобавок к уже известным 4 силам гравитационной, электромагнитной, слабой и сильной ядерным. Некоторые учёные называют эту новую силу «квинтэссенцией» (буквально, пятая сущность), термином, который древнегреческие философы когда-то придумали для пятого элемента природы вдобавок к 4 элементам, которые они, по их мнению, знали (огонь, воздух, земля, и вода).
3. Это не новое свойство или сила, а проявление ошибки в нашем понимании старой, а именно, гравитации.

Следствия представления о тёмной энергии

Три предположительных судьбы Вселенной

Космологи-традиционалисты пока что осознали только, что их понимание космологии неполно. Теперь они знают, что Вселенная расширяется, что это расширение ускоряется и что существующие у них модели не могут объяснить этого расширения или указать на какую-либо причину. Они также полагают, что тёмная энергия может объяснить нынешнюю температуру космического микроволнового излучения. Но они не ближе к определению сущности тёмноё энергии, чем были тогда, когда Перлмуттер и др. впервые придумали этот термин.

Это не помешало им рассуждать о том, что может произойти со Вселенной в будущем. В настоящее время они признают три возможности:

1. Вселенная будет расширяться неопределённо долго и изолирует нашу галактику.
2. Субстанция «квинтэссенции» изменит своё отталкивающее действие на противоположное и станет притягивающим. Это прекратит расширение и сожмёт Вселенную до точки, каковое событие они называют «Большим хлопком».
3. Вселенная будет расширяться достаточно быстро для того, чтобы разорвать ткань пространства и в конечном итоге привести к распаду всей барионной материи, каковое событие они называют «Большим разрывом».

Другие учёные поднимают вопрос о том, является ли пропорция тёмной энергии во Вселенной фундаментальным количеством пространства. Они говорят, что в противном случае наша Вселенная всего лишь одна из множества.

Предложенные исследования

Группа экспериментальной астрофизики «Фермилаб» предложила провести исследование тёмной энергии (Dark Energy Survey) с применением 500-менапиксельной камеры, установленной на наземном телескопе.

НАСА и Департамент энергетики США также предложили начать «Совместную тёмно-энергетическую миссию» (Joint Dark Energy Mission), суть которой в использовании нового космического телескопа с очень высоким разрешением. Сейчас изучаются три разных телескопа.

Креационистская точка зрения

Тёмная энергия – это математическая условность. Некоторые авторитеты признают, что она, возможно, никогда не будет уловимой. Одна из причин того, почему никто никогда её не обнаруживал, состоит в том, что она представляет собой ошибку. Космологи-традиционалисты признали, что тёмная энергия может быть просто неверным пониманием ими гравитации. Креационисты полагают, что ошибка намного более фундаментальна.

Джон Хартнетт, в книге «Звёздный свет, время и новая физика» (Starlight, Time and the New Physics) напоминает читателям, что Моше Кармели первым создал новую модель, названную космологической относительностью, и с её помощью предсказал, что Вселенная на самом деле должна казаться ускоряющейся. Он сделал это предсказание в 1996, за два года до публикации данных по сверхновым типа Ia и появления в космологических дискуссиях «тёмная энергия». Делая это предсказание, Кармели не обращался ни к теории о тёмной энергии, ни к теории тёмной материи.

Астрономы из космологического проекта «Сверхновая» (Supernova Cosmology Project) и группа по поиску сверхновых с высокой Z использовали не модель Кармели, а опирались на космологическую модель Фридмана-Лемэтра. Эта модель не могла сойтись с наблюдениями без обращения к тёмной материи для объяснения вращения галактик слишком быстрого, чтобы их могла удерживать ньютоновская гравитация, и к тёмной энергии для объяснения ускорения всеобщего расширения.

Хартнетт продолжил вычисления Кармели и применил их к ясным высказываниям Библии по вопросу о начале Вселенной. В Библии сказано, что Бог создал космическое пространство, а потом, в четвёртый день творения очень быстро его растянул. Таким образом, в самых отдалённых объектах должны проявляться признаки этого расширения. Хартнетт рассчитал также, что изначально, до расширения, Вселенная имела радиус 8 млн. световых лет, а сегодня её радиус составляет 13,5 млрд. световых лет. Само расширение вызвало огромное замедление времени в земной системе координат, и поэтому свет даже от самых удалённых объектов во Вселенной всё же мог достичь Земли, и Адам мог их увидеть.

Ссылки

• Статья "Звездный свет и время: новый прорыв" на сайте Разумный Замысел

см. также

• Космологическая теория относительности
• Чёрная материя
• Энергия
• Красное смещение