В предыдущей статье мы говорили о тёмной материи, загадочной субстанции, которая, хотя и невидима, играет ключевую роль в формировании галактик и удержании их структуры. Однако тёмная материя лишь часть тайны. Космологические наблюдения показали, что ещё более странным и масштабным явлением является тёмная энергия и которая составляет порядка 68% всей Вселенной.
Если тёмная материя притягивает, то тёмная энергия, наоборот, раздвигает само пространство. Она не просто существует, её в несколько раз больше, чем тёмной материи и она буквально определяет судьбу всей Вселенной.
Как мы узнали о тёмной энергии?
Открытие тёмной энергии стало научной сенсацией в 1998 году, когда астрономы наблюдали далёкие сверхновые типа la и выяснили, что расширение Вселенной происходит с ускорением, а не замедляется как ожидалось.
Выяснилось, что
Сверхновые были тусклее, чем ожидалось.
Значит, они дальше, чем должны быть.
А значит — расширение Вселенной ускоряется!
Это означало, что в космосе действует некая невидимая сила, противодействующая гравитации. Эту силу и назвали тёмной энергией.
После 1998 года тёмная энергия была подтверждена через другие независимые космологические наблюдения:
- Космический микроволновый фон (CMB). Карта флуктуаций температуры из ранней Вселенной (миссии WMAP, Planck). Подтверждает, что плотность материи недостаточна для замедления расширения.
- Структура крупномасштабной Вселенной. Распределение галактик, скоплений, тёмной материи указывают на существование дополнительного "энергетического компонента".
- Гравитационное линзирование и наблюдения звуковых осцилляций барионов (BAO) дают точные данные о геометрии и расширении космоса.
Чем она отличается от тёмной материи?
- Тёмная материя создаёт дополнительную гравитацию и "строит каркас" космоса.
- Тёмная энергия — это антигравитация, она ускоряет расширение Вселенной, действуя в противоположную сторону.
Если тёмную материю можно представить как невидимую сетку, удерживающую галактики, то тёмная энергия это фоновое давление, "расталкивающее" галактики друг от друга.
Что это может быть?
Существует несколько гипотез:
- Космологическая постоянная. Эта концепция восходит к Альберту Эйнштейну, который ввёл "космологическую постоянную" в свои уравнения общей теории относительности (ОТО), чтобы "удержать" Вселенную в статичном состоянии. Позже он назвал это своей «величайшей ошибкой», когда стало ясно, что Вселенная расширяется. Но в 1998 году, после открытия ускоренного расширения, идея вернулась и сегодня считается наиболее простой и распространённой гипотезой.
- Квинтэссенция. В отличие от космологической постоянной, квинтэссенция — это динамическое скалярное поле, которое может меняться со временем. Оно похоже на поле, ответственное за инфляцию в ранней Вселенной.
- Энергия вакуума (из квантовой теории поля). Согласно квантовой механике, даже абсолютно пустое пространство не по-настоящему пустое, в нём постоянно возникают и исчезают виртуальные частицы. Это создаёт ненулевую энергию, которую можно интерпретировать как тёмную энергию.
- Ошибки в теории гравитации. Может быть, уравнения Эйнштейна работают не идеально на больших масштабах, и то, что мы воспринимаем как тёмную энергию, это просто следствие неправильной модели гравитации.
Почему это важно?
Понимание тёмной энергии — это шаг к новой физике, которая может изменить наши взгляды на пространство, время и саму природу Вселенной. Кроме того, от её свойств зависит и финал космической истории. Бесконечное расширение, большой разрыв или циклическая модель.