тёмная энергия

История

В конце 1990-х учёные наблюдали далёкие сверхновые звёзды, чтобы измерить скорость расширения Вселенной. Неожиданно оказалось, что она не замедляется, а наоборот — разгоняется. Это открытие, за которое Адам Рисс и Сол Перлмуттер впоследствии получили Нобелевскую премию, и указало на существование тёмной энергии.

Как работает

Представьте себе резиновую плёнку с приклеенными монетками-галактиками. Если растягивать плёнку, монетки удаляются друг от друга. Так тёмная энергия действует на само пространство: она равномерно растягивает его, и галактики разлетаются. Там, где гравитация сильна (например, внутри скоплений), расширение не заметно, но в гигантских пустотах между скоплениями тёмная энергия берёт верх.

История

В конце 1990-х учёные наблюдали далёкие сверхновые звёзды, чтобы измерить скорость расширения Вселенной. Неожиданно оказалось, что она не замедляется, а наоборот — разгоняется. Это открытие, за которое Адам Рисс и Сол Перлмуттер впоследствии получили Нобелевскую премию, и указало на существование тёмной энергии.

Как работает

Представьте себе резиновую плёнку с приклеенными монетками-галактиками. Если растягивать плёнку, монетки удаляются друг от друга. Так тёмная энергия действует на само пространство: она равномерно растягивает его, и галактики разлетаются. Там, где гравитация сильна (например, внутри скоплений), расширение не заметно, но в гигантских пустотах между скоплениями тёмная энергия берёт верх.

История

В 1917 году Альберт Эйнштейн ввел космологическую постоянную Λ в свои уравнения, чтобы получить статическую модель Вселенной. После открытия Эдвина Хаббла в 1929 году, показавшего, что Вселенная расширяется, Эйнштейн отказался от Λ, назвав её «величайшей ошибкой». Однако в 1998 году две независимые группы, Supernova Cosmology Project и High-Z Supernova Search Team, анализируя яркость далёких сверхновых типа Ia, пришли к выводу, что расширение Вселенной не замедляется, а ускоряется. Это означало, что Λ или нечто подобное всё же существует, и привело к современному пониманию тёмной энергии.

Как работает

В общей теории относительности действие тёмной энергии часто моделируется космологической постоянной Λ, входящей в уравнение Эйнштейна Gμν + Λgμν = (8πG/c⁴)Tμν. Эффективно Λ эквивалентна идеальной жидкости с давлением p = -ρc², где ρ — плотность энергии. Такое отрицательное давление приводит к гравитационному отталкиванию. Согласно второму уравнению Фридмана, ускорение масштабного фактора a даётся выражением ä/a = -4πG/3 (ρ + 3p/c²). Для тёмной энергии с p = -ρc² это выражение положительно, что и соответствует ускоренному расширению.

Открытые проблемы и интересные факты

Природа тёмной энергии: является ли она космологической постоянной или динамическим полем?; Проблема совпадения: почему плотность тёмной энергии близка к критической сегодня?; Почему плотность тёмной энергии столь мала по сравнению с предсказаниями квантовой теории поля?; Возможная связь с модифицированной гравитацией.

💡 Плотность тёмной энергии невероятно мала — примерно 7×10⁻³⁰ грамма на кубический сантиметр. Это значит, что в объёме Земли её масса сравнима с массой всего лишь нескольких протонов.