Da det ble klart for 20 år siden at utvidelsen av universet akselererte, presenterte forskere en fullstendig, enkel og testbar forklaring. Men etter hvert som flere og mer eksperimentelle og observasjonsdata kom inn, forble årsaken til eksistensen av mørk energi - antagelig årsaken til denne akselerasjonen - unnvikende. Selv om det teknisk sett tilsvarer en "kosmologisk konstant" (eller energi som ligger i selve rommet), er det ingen måte å utlede verdien av. Men hvis vi husker at å plassere visse former for materie i tomt rom forandrer kreftene som virker på denne saken, er det mulig at mørk energi oppstår etter et veldig enkelt prinsipp: fordi materie som sådan eksisterer i vårt univers.
Clustering kart over galakser i vårt univers. Tilstedeværelsen av disse strukturene kan forklare tilstedeværelsen og kraften til mørk energi i sin helhet.
De fleste krefter og fenomener har opphav som er enkle å oppdage. To massive gjenstander opplever tyngdekraften på grunn av at romtid er skjev på grunn av tilstedeværelse av materie og energi. Universet har utvidet seg fordi det har sin egen historie med endringer i energitettheten i universet og de første betingelsene for utvidelse. Og alle partikler i universet samhandler på en viss måte på grunn av de velkjente reglene for kvantefeltteori og utveksling av vektorbosoner. Fra de minste subatomære partiklene til de største skalaene, fungerer de samme kreftene for å drive bosoner og galakser.
Det sterke samspillet som oppstår på grunn av tilstedeværelsen av "fargeendring" og utveksling av gluoner holder atomkjernene sammen
Selv de mest mystiske fenomenene i kjernen inneholder forklaringer som er godt forstått. Vi vet ikke hvorfor det er mer materie enn antimaterie i universet, men vi vet at forholdene vi trenger for dette - brudd på baryontall, C- og CP-brudd - finner sted. Vi vet ikke hva arten av mørk materie er, men dens generelle egenskaper, hvor den ligger og hvordan den klynger seg, er alle godt forstått. Vi vet heller ikke om sorte hull bevarer informasjon eller ikke, men vi forstår den endelige og opprinnelige tilstanden til disse objektene, samt hvordan de blir født og hva som skjer med hendelseshorisontene deres over tid.
En illustrasjon av et svart hull og dets omgivelser, en akselererende og oppblåsende akkresjonsskive. De innledende og endelige tilstandene til sorte hull kan være forutsagt selv om tapet eller lagringen av informasjon ikke er det
Men det er en ting vi ikke forstår i det hele tatt: mørk energi. Selvfølgelig kan vi måle universets akselerasjon og forstå størrelsen nøyaktig. Men hvorfor har vi til og med et univers med mørk energi uten null? Hvorfor har tomt rom, der det ikke er noe - uansett, ingen krumning, ingen stråling, ingenting - positiv ikke-energi? Og hvorfor begynte denne mengden energi, som var uforståelig liten og helt usynlig i løpet av de første milliard årene av universets historie, å fange universet bare i det øyeblikket Jorden dukket opp i det?
En illustrasjon av en protoplanetær disk der planeter og planetesimaler dannes, og skaper hull på disken. For fire til fem milliarder år siden, da solsystemet vårt ble dannet, begynte mørk energi samtidig å fange utvidelsen av universet og energitettheten
Salgsfremmende video:
Det er mange interessante ting vi kan assosiere med mørk energi og universet som helhet. Det er mye tomt rom som kvantefelt gjennomsyrer. Det er ingen regioner i universet hvor gravitasjons-, elektromagnetiske eller kjernefysiske krefter trenger inn; de er overalt. Hvis vi prøver å beregne den såkalte vakuumforventede verdien (kondensat) for forskjellige kvantefelt, vil vi møte et uendelig antall begreper og kan bare skrive det omtrent. Vi vil alltid håndtere omtrentlige verdier. Og så vidt vi vet er de ikke balanserte, og universet bremser ikke - det akselererer faktisk. På en eller annen måte har selve rommet litt energi uten null. Og denne energien får fjerne galakser i universet til å bevege seg bort fra oss med stadig større hastighet,men sakte, men stadig.
Spørsmålet "hvorfor?" slutter aldri å pine teoretikere. Hvorfor utvider universet seg raskere og raskere? Vi kan ikke forklare tilstedeværelsen av denne mørke energien i noe. Kanskje har vi liten forståelse av selve universet. Imidlertid er det et annet alternativ, som sjelden blir tenkt over: kanskje denne egenskapen til tomt rom bestemmes av tilstedeværelsen av andre ting - som materie - i universet.
Og det er en grunn til å tro at dette er mulig, som kalles Casimir-effekten. Vi kjenner ham godt.
Illustrasjon av Casimir-effekten og hvordan kreftene utenfor platene skiller seg fra kreftene mellom dem
Hva er den elektromagnetiske kraften i tomt rom? Null, selvfølgelig. I mangel av ladninger, strømmer og materie for samhandling, vil det være null, ingen spøk. Men hvis du plasserer to metallplater i en viss avstand mellom dem, og deretter spør igjen hva den elektromagnetiske kraften vil være, vil den slutte å være null. På grunn av det faktum at noen moduser for kvantumsvingninger er forbudt på grunn av platens grenser, forutsier vi ikke bare, men måler også ikke-kraften mellom disse platene, som vises bokstavelig talt fra tomt rom. Og det som er mest interessant, alle krefter, inkludert gravitasjonskrefter, viser Casimir-effekten.
Kart over over en million galakser i universet; det er en egen galakse på hvert punkt. Ulike farger representerer avstander; rød - videre
Hva skjer når vi prøver å bruke denne effekten på hele universet og beregne effekten? Svaret er enkelt: vi får noe som tilsvarer en eller annen form med mørk energi, bare - igjen - av en annen rekkefølge. Og dette kan være fordi vi ikke helt vet hva universets grensevilkår er eller hvordan vi beregner kvantegravitasjonseffekten korrekt.
Kartlegging av universet kan være den enkleste delen. Det er usannsynlig at vi vil vente på et observert eller eksperimentelt gjennombrudd som vil føre oss til en forståelse av mørk energi, den mest unnvikende kraften i universet. Vi trenger kanskje et teoretisk gjennombrudd. Og muligens vil det være forbundet med en sporanomali, en endring i dynamisk styrke, eller til og med et spor av ytterligere dimensjoner. Vi har nylig funnet den vanskeligste hemmeligheten å forklare. Kanskje vil løsningen ligge i fysikken vi allerede kjenner.
Ilya Khel
