24 193 subscribers

Тёмная энергия – что мы о ней знаем?

662 full reads
1,3k story viewsUnique page visitors
662 read the story to the endThat's 51% of the total page views
6,5 minutes — average reading time
Тёмная энергия – что мы о ней знаем?

Когда смотришь на процентное соотношение известного и незнакомого нам о Вселенной, чувствуется лёгкая грусть: видимая нами материя, а именно – планеты, звёзды, галактики, туманности, астероиды, кометы, газ, пыль и прочее – это лишь 5 % от всего, что есть во Вселенной! Загадочная тёмная материя (о ней можно подробно почитать здесь) составляет примерно 26,8 %, а большая часть неизведанного - всё остальное приходится на другую тёмную сущность – тёмную энергию.

Если тёмная энергия такая неуловимая, то как же её нашли? В начале ХХ века астрономы стали измерять скорости движения галактик в пространстве. Первым из этих учёных был малоизвестный американский астроном Весто Слайфер. Именно он впервые выполнил измерения лучевых скоростей галактик и обнаружил, что большинство галактик от нас удаляется. Но это ещё была половина открытия, ведь нужно было понять, где они находятся.

Весто Слайфер
Весто Слайфер
Весто Слайфер

Весто Слайфер использовал эффект Доплера: когда объект приближается к нам, его свет становится голубым из-за сокращения длины волны, а когда отдаляется, то свет становится красным, так как длины волн света увеличиваются.

Тёмная энергия – что мы о ней знаем?

Его коллега, американский астроном Эдвин Хаббл, именем которого назван знаменитый орбитальный телескоп, был первым, кто смог измерить расстояния до галактик. И когда Хаббл нанёс на график скорости в зависимости от расстояния до галактик, то обнаружил некую линейную зависимость: чем дальше галактика, тем быстрее она улетает от нас: скорость пропорциональна расстоянию – это и есть знаменитый закон Хаббла, и именно так было открыто расширение Вселенной.

Эдвин Хаббл
Эдвин Хаббл
Эдвин Хаббл

Чтобы понять, как наглядно работает закон Хаббла, обычно показывается простой пример: на воздушном шарике рисуются точки (так изображаются галактики), и начинают его надувать и наблюдать. Все точки отдаляются друг от друга по мере надувания шарика, причём, чем дальше они были друг от друга в начале, тем быстрее они отдаляются друг от друга.

Из лекции В. Сурдина
Из лекции В. Сурдина
Из лекции В. Сурдина

В дальнейшем изучением расширения Вселенной занялся советский математик Александр Фридман. Его интересовал вопрос о том, что же будет в будущем в связи с расширением Вселенной? По уравнениям Общей теории относительности он рассчитал, что у Вселенной есть несколько вариантов будущего:

1. Сейчас она расширяется, и этот факт уже доказан. Если камень подбросить вверх, то рано или поздно он остановится и полетит обратно вниз, так как Земля притягивает его. То же самое произойдёт и с галактиками, так как любая из них обладает огромной гравитационной силой, и они в будущем могут начать притягиваться друг к другу обратно. Каков финал? Всё «схлопнется» обратно, и этот сценарий называется «Большое схлопывание». Некоторые в шутку говорят, мол, материю «выпустили погулять, погуляли – и хватит».

2. Скорость по мере отдаления постепенно будет падать, и галактики просто остановятся и «зависнут» каждый в своём положении (это что-то вроде того, как если у вас порвется пакет с попрыгунчиками. Они все раскатятся в разные стороны, а потом остановятся).

Александр Фридман
Александр Фридман
Александр Фридман

Эти выводы были сделаны в 1920-е годы. Долгое время учёные считали, что во Вселенной работает только единственная сила притяжения всего ко всему, которая, по идее, может только затормозить расширение Вселенной.

Но Фридман ошибался. Дальнейшие наблюдения астрономов за галактиками показали, что скорость, с которой галактики «разбегаются», не снижается, а наоборот нарастает. Создаётся впечатление, что они отталкиваются друг от друга, а мир расширяется ускоренно. Выходит, что в нашем мире, помимо гравитации, есть другая сила – антигравитация.

После начала расширения Вселенной, когда она была очень плотной, гравитация держала верх. Расширение замедлялось, но, начиная примерно с половины возраста нашей Вселенной, она ускоренно начала расширяться, когда антигравитация, которую условно назвали тёмной энергией, стала побеждать гравитацию. Тёмная энергия победила взаимное сближение и сейчас продолжает расталкивать мир, но вот куда и во что – вопрос очень хороший. Откуда она взялась и почему она победила – не знает пока никто.

Тёмная энергия – что мы о ней знаем?

Если её учитывать, то получается новый вариант конца существования Вселенной: галактики так и продолжат свой «разбег», будут отдаляться друг от друга всё дальше и дальше настолько, что силы их притяжения уже не хватит преодолеть эти расстояния и воссоединиться всем им друг с другом в будущем. Так они и будут разлетаться вечно, а именно тёмная энергия растащит и разгонит всех по разным «углам». Затем Вселенную ждёт тепловая смерть: материя будет настолько удалена друг от друга, что не будут рождаться больше ни новые звёзды, ни новые галактики. Всё погаснет и растворится в бескрайней темноте вечности.

Как-то «поймать» тёмную энергию и исследовать её в лаборатории невозможно: дело в том, что она проявляется только на больших расстояниях. Даже в пределах Солнечной системы нам её вряд ли удастся найти – она ощущается только в масштабах галактики, а в межгалактическом пространстве тёмная энергия «работает во всю мощь».

Тёмная энергия – что мы о ней знаем?

Таким образом, тёмная энергия – это одна из фундаментальных сил Вселенной. Мы знаем, что их было 4: электромагнитное взаимодействие (с ним мы сталкиваемся каждый день, даже вот в данный момент именно благодаря нему вы читаете эту статью), гравитация, сильное ядерное взаимодействие (взрыв атомной бомбы – его работа) и слабое взаимодействие (отвечает за радиоактивный распад атомных ядер и слабые распады элементарных частиц, поэтому без него во Вселенной была бы кромешная тьма), и теперь пятой силой вполне можно назвать тёмную энергию.

Плотность этой таинственной энергии остаётся неизменной. Она равномерно заполняет все пространство и является космологической константой. Своими свойствами темная энергия напоминает антигравитацию, как было сказано выше, она как бы расталкивает материю, заставляя Вселенную расширяться, а галактики удаляться друг от друга. Но ее наиболее интересной особенностью является отрицательное давление. Оно не позволяет материи растягиваться. То есть расширяется лишь пространство, оставляя вещество неизменным. Поэтому метр всегда будет равен 100 см, насколько бы ни расширилась Вселенная.

Тёмная энергия – что мы о ней знаем?

Так что же она такое?! Сложно сказать, скажу честно – не знает никто. Она равномерно распределена в пространстве, её очень много, она никак не взаимодействует с веществом и лишь «воюет» с гравитацией. А так как ее плотность должна быть очень мала, то и найти ее практически невозможно.

Является ли она «злой силой», которая приведёт нашу Вселенную к гибели? Почему она соперничает с гравитацией? Или это всё – следствие неизбежной энтропии, которая рано или поздно приводит любую систему в негодность.

А как вы думаете, что это?

Читайте также:

Где же расположен центр Вселенной?

Свет физики: электромагнитное взаимодействие

Слабое ядерное взаимодействие не такое уж и слабое

Мощь сильного взаимодействия

Что такое гравитация - оплот материи?

Доказательства виртуальности нашего мира

Что находится в центре Млечного Пути?

Загадки Великого аттрактора

Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву

Природа вселенской пустоты: что такое вакуум?