Když bylo před 20 lety jasné, že se expanze vesmíru zrychluje, vědci předložili úplné, jednoduché a testovatelné vysvětlení. Ale jak přicházelo stále více experimentálních a pozorovacích údajů, důvod temné energie - pravděpodobně důvod tohoto zrychlení - zůstal nepolapitelný. I když je technicky ekvivalentem „kosmologické konstanty“(nebo energie vlastní vlastnímu vesmíru), neexistuje žádný způsob, jak odvodit její hodnotu. Ale pokud si pamatujeme, že umístění určitých forem hmoty do prázdného prostoru mění síly působící na tuto záležitost, možná vzniká temná energie podle velmi jednoduchého principu: protože v našem vesmíru existuje hmota jako taková.
Shluková mapa galaxií v našem vesmíru. Přítomnost těchto struktur může vysvětlit přítomnost a sílu temné energie jako celku.
Většina sil a jevů má původ, který lze snadno objevit. Dva masivní objekty zažívají gravitační sílu kvůli skutečnosti, že časoprostor je zdeformován kvůli přítomnosti hmoty a energie. Vesmír se rozšířil, protože má svou vlastní historii změn hustoty energie ve vesmíru a počáteční podmínky pro expanzi. A všechny částice ve vesmíru interagují určitým způsobem díky známým pravidlům teorie kvantového pole a výměně vektorových bosonů. Od nejmenších subatomických částic po největší měřítka působí stejné síly na pohon bosonů a galaxií.
Silná interakce, ke které dochází v důsledku přítomnosti „změny barvy“a výměny gluonů, drží jádra atomů pohromadě
I ty nejzáhadnější jevy v jejich jádru obsahují vysvětlení, která jsou dobře pochopena. Nevíme, proč je ve vesmíru více hmoty než antihmota, ale víme, že podmínky, které k tomu potřebujeme - porušení počtu baryonů, porušení C a CP - nastávají. Nevíme, jaká je povaha temné hmoty, ale její obecné vlastnosti, kde se nachází a jak se shluky, dobře rozumějí. Nevíme také, zda černé díry uchovávají informace, nebo ne, ale rozumíme konečnému a počátečnímu stavu těchto objektů a také tomu, jak se rodí a co se v průběhu času děje s jejich horizontem událostí.
Ilustrace černé díry a jejího prostředí, zrychlujícího a nafukovacího akrečního disku. Počáteční a konečný stav černých děr lze dobře předvídat, i když není ztráta nebo uložení informací
Ale je tu jedna věc, které vůbec nerozumíme: temná energie. Samozřejmě můžeme měřit zrychlení vesmíru a přesně porozumět jeho velikosti. Ale proč máme dokonce vesmír s nenulovou temnou energií? Proč prázdný prostor, ve kterém není nic - bez ohledu na to, žádné zakřivení, žádné záření, nic - má pozitivní nenulovou energii? A proč toto množství energie, které bylo nepochybně nepatrné a zcela neviditelné během prvních miliard let historie vesmíru, začalo vesmír zachytit až v okamžiku, kdy se v něm Země objevila?
Ilustrace protoplanetárního disku, ve kterém se tvoří planety a planetesimály, vytvářející mezery na disku. Před čtyřmi až pěti miliardami let, když se formovala naše sluneční soustava, temná energie současně začala zachycovat expanzi vesmíru a hustotu energie
Propagační video:
Existuje mnoho zajímavých věcí, které můžeme spojit s temnou energií a vesmírem jako celkem. Existuje mnoho prázdného prostoru, do kterého kvantová pole pronikají. Ve vesmíru nejsou žádné oblasti, do nichž pronikají gravitační, elektromagnetické nebo jaderné síly; jsou všude. Pokud se pokusíme vypočítat tzv. Vakuově očekávanou hodnotu (kondenzát) různých kvantových polí, čelíme nekonečnému počtu termínů a můžeme to napsat pouze přibližně. Vždy se budeme zabývat přibližnými hodnotami. A pokud víme, nejsou vyvážené a vesmír se nezpomaluje - ve skutečnosti se zrychluje. Nějak má prostor sám o sobě trochu nenulovou energii. A tato energie způsobuje, že vzdálené galaxie ve vesmíru se od nás vzdalují stále rostoucí rychlostí,i když pomalu, ale neustále.
Otázka „proč?“nikdy nepřestává mučit teoretiky. Proč se vesmír rozšiřuje rychleji a rychleji? Nemůžeme vysvětlit přítomnost této temné energie v ničem. Možná jen málo chápeme samotný vesmír. Existuje však i jiná možnost, o které se jen zřídka uvažuje: možná je tato vlastnost prázdného prostoru určována přítomností jiných věcí - například hmoty - ve vesmíru.
A existuje důvod se domnívat, že je to možné, což se nazývá Casimirův efekt. Známe ho dobře.
Ilustrace Casimirova efektu a jak se síly mimo desky liší od sil mezi nimi
Jaká je elektromagnetická síla prázdného prostoru? Nulová, samozřejmě. Při absenci poplatků, proudů a hmoty pro interakci to bude nulové, žádné legrace. Pokud ale umístíte dvě kovové desky do určité vzdálenosti mezi nimi a pak se znovu zeptáte, jaká bude elektromagnetická síla, přestane být nulová. Vzhledem k tomu, že některé režimy kvantových fluktuací jsou kvůli hranicím desky zakázány, nejen předpovídáme, ale také měříme nenulovou sílu mezi těmito deskami, doslova vznikající z prázdného prostoru. A co je nejzajímavější, všechny síly, včetně gravitačních sil, projevují Casimirův efekt.
Mapa více než milionu galaxií ve vesmíru; v každém bodě je samostatná galaxie. Různé barvy představují vzdálenosti; červená - dále
Co se stane, když se pokusíme aplikovat tento efekt na celý vesmír a vypočítat účinek? Odpověď je jednoduchá: dostaneme něco, co nějakým způsobem odpovídá temné energii, pouze - opět - jiného řádu. A to může být proto, že nevíme, jaké jsou okrajové podmínky vesmíru nebo jak správně vypočítat kvantově gravitační účinek.
Mapování vesmíru může být nejjednodušší součástí. Je nepravděpodobné, že budeme čekat na pozorovaný nebo experimentální průlom, který nás povede k pochopení temné energie, nejpolapodobnější síly ve vesmíru. Možná potřebujeme teoretický průlom. A pravděpodobně to bude spojeno s anomálií tras, změnou dynamické velikosti nebo dokonce se stopami dalších dimenzí. Teprve nedávno jsme našli jeho nejtěžší tajemství vysvětlit. Možná bude řešení spočívat ve fyzice, kterou již známe.
Ilya Khel