Сонда СуперНова / убрзање, СНАП. Кредитна слика: Беркелеи Лаб Кликните за увећање
Шта је тајанствена тамна енергија која узрокује убрзање ширења свемира? Да ли је то неки облик Еинстеинове чувене космолошке константе или је то егзотична одбојна сила која је названа "квинтесенција" која може чинити чак три четвртине космоса? Научници из Националне лабораторије Лавренце Беркелеи (Беркелеи Лаб) и Дартмоутх Цоллеге вјерују да постоји начин да се то сазна.
У раду који ће бити објављен у часописима Пхисицал Ревиев Леттерс, физичари Ериц Линдер из Беркелеи Лаб-а и Роберт Цалдвелл из Дартмоутх-а показују да се физички модели тамне енергије могу раздвојити у различите сценарије, што би се могло користити да се искључи Еинстеинова космолошка константа и објасни природа тамне енергије. Штавише, научници би требали бити у стању да утврде који је од ових сценарија тачан, јер су експерименти планирани за Заједничку мисију тамне енергије (ЈДЕМ) коју су предложили НАСА и америчко Министарство енергетике.
"Научници су се расправљали о питању" колико тачно треба да меримо тамну енергију да бисмо знали шта је то? ", Каже Линдер. „Оно што смо урадили у нашем раду су сугеришу границе прецизности за мерења. На срећу, та би ограничења требала бити унутар распона ЈДЕМ експеримената. "
Линдер и Цалдвелл су обојица тима ДОЕ-НАСА-иног научног тима за ЈДЕМ, који је одговоран за састављање научних потреба мисије. Линдер је лидер теоријске групе за СНАП? сонда СуперНова / убрзање, једно од предложених возила за обављање мисије ЈДЕМ. Цалдвелл, професор физике и астрономије на Дартмоутху, један је од покретача концепта квинтесенције.
Линдер и Цалдвелл у свом раду у Физичком прегледу описују два сценарија, један који називају „одмрзавање“, а други „замрзавање“, који упућују на изразито различите судбине нашег свемира који се стално шири. Према сценарију одмрзавања, убрзање експанзије ће се постепено смањивати и на крају ће се зауставити, попут аутомобила кад возач легне на папучицу гаса. Експанзија се може наставити спорије или се универзум чак може присјетити. Према сценарију смрзавања, убрзање се наставља у недоглед, попут аутомобила са папучицом гаса гурнутим на под. Универзум би постао све више дифузни, све док се на крају наша галаксија не би нашла сама у свемиру.
Било који од ова два сценарија искључује Аинстеинову космолошку константу. У свом раду, Линдер и Цалдвелл, по први пут показују како чисто раздвојити Еинстеинову идеју од других могућности. Међутим, у било којем сценарију, тамна енергија је сила са којом се мора узети у обзир.
Линдер каже, „Будући да тамна енергија чини око 70 одсто садржаја универзума, она доминира над садржајем материје. То значи да ће тамна енергија управљати ширењем и, на крају, одредити судбину универзума. "
1998. године две истраживачке групе су ракетирале поље космологије својим независним најавама да се ширење универзума убрзава. Мерењем црвеног промене светлости супернове из типа Иа, звезда из свемира из дубоког свемира, које експлодирају карактеристичном енергијом, тимови из пројекта Козмологије Супернове са седиштем у лабораторији Беркелеи и Хигх-З тим за претрагу супернове са центром у Аустралији утврдили су да је ширење свемира заправо убрзава, а не успорава. Непозната сила иза ове убрзане експанзије добила је име „тамна енергија“.
Пре открића мрачне енергије, конвенционална научна мудрост сматрала је да је Велики прасак довео до ширења свемира, које ће гравитација постепено успорити. Ако би садржај материје у свемиру пружио довољно гравитације, једног дана би се ширење потпуно зауставило и универзум би се вратио на себе у великом крчу. Да гравитација из материје није била довољна да се потпуно заустави ширење, универзум би и даље заувек лебдио.
„Из најава из 1998. године и накнадних мерења, сада знамо да убрзано ширење свемира није почело тек негде у последњих 10 милијарди година“, каже Цалдвелл.
Козмолози се сада труде да утврде шта је тачно тамна енергија. 1917. године Ајнштајн је изменио своју Општу теорију релативности космолошком константом, која би, ако је вредност тачна, омогућила да свемир постоји у савршено уравнотеженом, статичком стању. Иако ће најпознатији историјски физичар касније додавање те константе назвати "највећом грешком", откриће тамне енергије је оживило идеју.
"Космолошка константа била је енергија вакуума (енергија празног простора) која је задржавала гравитацију да вуче универзум у себе", каже Линдер. „Проблем са космолошком константом је тај што је она константна, са истом густином енергије, притиском и једначином стања током времена. Међутим, тамна енергија је морала бити занемарљива у најранијим фазама универзума; иначе се галаксије и све њихове звезде никада не би формирале. "
Да би Еинстеинова космолошка константа резултирала универзумом какав данас видимо, енергетска вага би морала бити многоструко мања од свих у универзуму. Иако је то можда могуће, каже Линдер, не изгледа вероватно. Унесите појам "квинтесенција", названу по петом елементу старих Грка, поред ваздуха, земље, ватре и воде; веровали су да је то сила која држи месец и звезде на месту.
„Квинтесенција је динамичан, временски еволутиван и просторно зависан облик енергије са негативним притиском довољним да покрене убрзавајућу експанзију“, каже Цалдвелл. „Док је космолошка константа врло специфичан облик енергије? вакуум енергија? квинтесенција обухвата широку класу могућности. "
Да би ограничили могућности за квинтесенцију и обезбедили чврсте циљеве за основне тестове који би такође потврдили његову кандидатуру као извор тамне енергије, Линдер и Цалдвелл користили су скаларно поље као свој модел. Скаларно поље поседује меру вредности, али не и смер за све тачке у простору. Овим приступом аутори су могли показати квинтесенцију као скаларно поље опуштајући своју потенцијалну енергију на минималну вредност. Замислите сет опруга под напетошћу и вршећи негативан притисак који је супротан позитивном притиску гравитације.
"Скаларно поље квинтесенције је попут поља опруга које покривају сваку тачку у простору, при чему се свака опруга пружа до различите дужине", рекао је Линдер. "За Аинстеинову космолошку константу, свако би пролеће било исте дужине и непомично."
Према њиховом сценарију одмрзавања, потенцијална енергија поља квинтесенције је „замрзнута“ на месту све док се опадајућа густина материјала у свемиру који се шири поступно не ослобађа. У сценарију смрзавања, поље квинтесенције се окреће ка свом минималном потенцијалу откад је свемир прошао кроз инфлацију, али како долази до доминације над универзумом, постепено постаје константна вредност.
Предлог СНАП-а је у истраживању и развоју физичара, астронома и инжењера из Беркелеи Лаб, у сарадњи са колегама са Калифорнијског универзитета у Берклију и многим другим институцијама; позива се на тространи зрцални телескоп од два метра у орбиту дубоког свемира који би се користио за проналажење и мерење хиљада ИИ супернова сваке године. Ова мерења би требало да пруже довољно информација да се јасно укажу на сценариј одмрзавања или замрзавања? или нечем другом потпуно новом и непознатом.
Линдер каже: „Ако резултати мерења попут оних која би се могла извршити СНАП-ом леже изван сценарија одмрзавања или смрзавања, онда ћемо можда морати да погледамо даље од квинтесенције, можда и до још егзотичније физике, попут модификације Еинстеинове Опште теорије релативности да објасни тамну енергију. "
Изворни извор: Беркелеи Лаб Невс Релеасе
