Чем отличается темная материя от темной энергии?

23 March

Не так давно на этом канале уже была статья про темную материю. Но, как выяснилось, многие путают темную материю с темной энергией. Между тем, это абсолютно разные вещи.

Краткое содержание предыдущей серии. Понятие темной материи было введено учеными для того, чтобы обосновать некоторые эффекты, наблюдаемые во Вселенной, и проявляющие себя не так, как положено по всем нам известным физическим законам. К ним, в частности, относятся гравитационное линзирование (то есть, отклонение света массивными космическими объектами) и аномально высокая скорость вращения внешних областей галактик.

Темная материя – это некая форма материя, невидимая в электромагнитном спектре и никак себя внешне не проявляющая. Проявляет она себя только одним – гравитационным взаимодействием.

По расчетам, темной материи в составе массы-энергии Вселенной достаточно много, около 25%. И она до сих пор еще не обнаружена.

Гравитационное линзирование
Гравитационное линзирование

А что же такое темная энергия? Это понятие также было введено учеными для объяснения того факта, что наша Вселенная постоянно расширяется, причем с ускорением. То есть, скорость расширения постоянно возрастает.

Это открытие было сделано относительно недавно – в 1990-х годах, хотя еще Эдвин Хаббл в 1950-х показал, что красное смещение увеличивается пропорционально расстоянию от Земли до той или иной галактики. К 2000-м стало ясно, что со Вселенной происходит нечто странное: ее возраст явно меньше, чем возраст некоторых звезд. И наблюдаемой материи явно меньше.

Темная энергия обладает определенными свойствами. Начнем с того, что она темная. Ее невозможно обнаружить современными приборами, и она не взаимодействует с материей (или взаимодействует вне наших возможностей узнать об этом). Далее – темная энергия распределена во Вселенной равномерно. Нет каких-то областей во Вселенной, где были бы ее скопления. И еще один важный фактор – плотность ее постоянна (и она весьма мала, порядка 10^(-29) г/см3). То есть, Вселенная расширяется, а количество темной энергии в пересчете на единицу объема остается таким же.

Таким образом, темная энергия ведет себя именно как энергия, а не материя. По данным на 2013 год доля, вносимая темной энергией в общую масс-энергию Вселенной, составляет огромную цифру – почти 70%.

Разница между темной материей и темной энергией такая же, как между яблоком и компанией "Эппл": это просто разные сущности, несмотря на схожее название. Темная материя подразумевает под собой новую, не открытую до сих пор частицу, из которых она состоит. Она может скапливаться и распространяться под действием гравитации. И мы наблюдаем действие это материи на эффекты, происходящие при космических наблюдениях.

Темная энергия – это не частица, это именно энергия, а не частица. И из постоянства ее плотности можно сделать неожиданный вывод: расширение Вселенной приводит к росту ее энергии. То есть, темная энергия – это энергия самого пространства. Просто получается, что каждая единица объема пространства имеет фиксированное количество энергии. Поэтому многие ученые считают темную энергию энергией вакуума, некой космологической константой.