structura complexă pe care o vedem astăzi, a luat naștere dintr-o stare mai mică, mai fierbinte, mai densă și mai uniformă în trecut. Trebuie să existe o nouă formă de energie care să conducă faza actuală de expansiune accelerată, dincolo de materia și radiația cunoscute. C. Faucher-Giguère, A. Lidz și L. Hernquist, Science 319, 5859 (47)

Materia și energia spun spațiu-timpului cum să se curbeze; spațiu-timpul curbat spune materiei și energiei cum să se miște. Este regula cardinală a Relativității Generale și se aplică la tot ceea ce există în Univers, inclusiv la întregul Univers însuși. La sfârșitul anilor 1990, am colectat suficiente date de la galaxiile îndepărtate din Univers pentru a concluziona că acestea nu doar se îndepărtau de noi, ci că recesiunea lor se accelera. Țesătura spațiului nu era doar în expansiune, ci expansiunea era accelerată.

distanța (axa x) este în concordanță cu un Univers care s-a extins mai repede în trecut, dar care se extinde și astăzi. Aceasta este o versiune modernă a lucrării originale a lui Hubble, care se extinde de mii de ori mai mult decât aceasta. Observați faptul că punctele nu formează o linie dreaptă, ceea ce indică modificarea ratei de expansiune în timp. Ned Wright, pe baza celor mai recente date de la Betoule et al. (2014)

Singura explicație a fost că trebuie să existe mai mult în Univers, în termeni de materie și energie, decât ceea ce am concluzionat anterior. Într-un Univers în expansiune – cum este cel în care trăim – nu este pur și simplu curbura care este determinată de materie-și-energie, ci modul în care rata de expansiune se schimbă în timp. Componentele Universului pe care le cunoșteam înainte de acum 20 de ani erau materia normală, materia întunecată, neutrinii și radiația. Universul se poate extinde foarte bine cu acestea, dar galaxiile îndepărtate ar trebui doar să încetinească.

Observarea accelerației a însemnat că mai era ceva acolo și că nu era doar prezent; era dominant.

și Soarele din sistemul nostru solar, trebuie luate în considerare pentru orice observații pe care le-ar face o navă spațială sau un alt observator. Efectele Relativității Generale, chiar și cele subtile, nu pot fi ignorate. NASA/JPL-Caltech, pentru misiunea Cassini

Din punct de vedere fizic, ceea ce se întâmplă în Relativitatea Generală este că însăși țesătura spațiului se curbează pozitiv sau negativ ca răspuns la materia care se adună și se grupează în ea. O planetă precum Pământul sau o stea precum Soarele nostru va face ca țesătura spațiului să se deformeze, în timp ce un obiect mai dens și mai masiv va face ca spațiul să se curbeze mai sever. Dacă tot ce aveți în Universul vostru sunt câteva aglomerări de materie, această descriere va fi suficientă.

Pe de altă parte, dacă există multe mase în Univers, răspândite aproximativ în mod egal în tot Universul, tot spațiu-timpul simte un efect gravitațional global. Dacă Universul nu ar fi în expansiune, gravitația ar face ca totul să se prăbușească până la un singur punct. Faptul că Universul nu a făcut acest lucru ne permite să concluzionăm, imediat, că ceva a împiedicat acest colaps. Ori ceva contracarează gravitația, ori Universul este în expansiune.

susține imaginea Universului în expansiune și a Big Bang-ului. Numărul mic de parametri de intrare și numărul mare de succese observaționale și predicții care au fost verificate ulterior se numără printre semnele distinctive ale unei teorii științifice de succes. Ecuația Friedmann descrie totul. NASA / GSFC

De aici a pornit întreaga idee a Big Bang-ului. Dacă vedem materie în cantități aproximativ egale peste tot, în toate direcțiile și la distanțe apropiate, intermediare și îndepărtate, știm că trebuie să existe o forță gravitațională incredibil de mare care încearcă să le atragă pe toate laolaltă. Din moment ce Universul nu s-a recolapsat încă (și nu este în curs de recolapsare), rămân doar două opțiuni: gravitația este greșită sau Universul este în expansiune.

Din moment ce Relativitatea Generală a trecut cu succes toate testele pe care i le-am făcut, este greu să afirmăm că este greșită. Mai ales că, cu un Univers plin de materie și radiație, tot ce ai nevoie este o expansiune inițială pentru a avea un Univers care, astăzi:

• se extinde,
• se răcește,
• devine mai puțin dens,
• plin de lumină deplasată spre roșu,
• și care a avut un trecut fierbinte și dens.

Un Univers născut fierbinte, dens și în expansiune, dar care a fost plin de materie și energie, ar arăta foarte asemănător cu ceea ce apare astăzi în Universul nostru.

ilustrații) corespund toate unui Univers în care materia și energia luptă împotriva ratei inițiale de expansiune. În Universul nostru observat, o accelerație cosmică este cauzată de un anumit tip de energie întunecată, care este până în prezent inexplicabilă. Toate aceste universuri sunt guvernate de ecuațiile lui Friedmann. E. Siegel / Beyond the Galaxy

Expansiunea începe rapid, iar gravitația lucrează pentru a readuce lucrurile laolaltă. Te face să te gândești că există trei posibilități pentru modul în care Universul va evolua în timp:

1. Gravitația învinge: Universul se extinde rapid la început, dar există suficientă gravitație pentru a readuce lucrurile laolaltă, în cele din urmă. Expansiunea atinge un maxim, se oprește și se întoarce pentru a duce la o recolapsă.
3. Gravitația și expansiunea sunt la egalitate: Expansiunea inițială și gravitația se contracarează reciproc în mod exact. Cu un proton în plus în Univers, acesta ar recollapsa, dar acel proton nu este acolo. În schimb, rata de expansiune se apropie de zero și galaxiile îndepărtate pur și simplu se îndepărtează din ce în ce mai încet.
4. Expansiunea câștigă: Expansiunea rapidă este contracarată de gravitație, dar nu suficient. În timp, galaxiile continuă să se îndepărteze unele de altele și, deși gravitația încetinește expansiunea, aceasta nu se oprește niciodată.

Dar ceea ce observăm de fapt este o a patra. Vedem că Universul părea să se afle pe acea traiectorie „critică” pentru primele câteva miliarde de ani, iar apoi, dintr-o dată, galaxiile îndepărtate au început să se îndepărteze mai repede unele de altele. Din punct de vedere teoretic, există un motiv convingător pentru care acest lucru s-ar putea întâmpla.

Hyperwall-ul Societății Astronomice Americane în 2017, împreună cu prima ecuație Friedmann din dreapta. Perimeter Institute / Harley Thronson

Există o ecuație foarte simplă (bine, pentru Relativitate) care guvernează modul în care Universul se extinde: prima ecuație Friedmann. Deși ar putea părea complicată, termenii din ecuație au semnificații din lumea reală care sunt ușor de înțeles.

scris astăzi (în notație modernă), unde partea stângă detaliază rata de expansiune Hubble și evoluția spațiu-timpului, iar partea dreaptă include toate formele diferite de materie și energie, împreună cu curbura spațială. LaTeX / public domain

În partea stângă, aveți echivalentul ratei de expansiune (la pătrat), sau ceea ce este cunoscut în mod colocvial ca fiind constanta lui Hubble. (Nu este cu adevărat o constantă, deoarece se poate schimba pe măsură ce Universul se extinde sau se contractă în timp). Aceasta vă spune cum se extinde sau se contractă țesătura Universului în funcție de timp.

În partea dreaptă se află literalmente orice altceva. Acolo se află toată materia, radiația și orice alte forme de energie care alcătuiesc Universul. Există curbura intrinsecă a spațiului însuși, în funcție de faptul dacă Universul este închis (curbură pozitivă), deschis (curbură negativă) sau plat (fără curbură). Există, de asemenea, termenul „Λ”: o constantă cosmologică, care poate fi fie o formă de energie, fie o proprietate intrinsecă a spațiului.

constanta cosmologică (jos) evoluează în timp într-un Univers în expansiune E. Siegel / Beyond The Galaxy

Aceste două laturi trebuie să fie egale. Am crezut că expansiunea Universului va încetini deoarece, pe măsură ce Universul se extinde, densitatea de energie (în partea dreaptă) scade și, prin urmare, rata de expansiune a spațiului trebuie să scadă. Dar dacă există o constantă cosmologică sau o altă formă de energie întunecată, este posibil ca densitatea de energie să nu scadă deloc. Ea poate rămâne constantă sau chiar crește, iar asta înseamnă că rata de expansiune va rămâne constantă sau va crește și ea.

În ambele cazuri, ar însemna că o galaxie îndepărtată ar părea să accelereze pe măsură ce se îndepărtează de noi. Energia întunecată nu face ca Universul să accelereze din cauza unei presiuni de împingere spre exterior sau a unei forțe antigravitaționale; ea face ca Universul să accelereze din cauza modului în care densitatea sa energetică se schimbă (sau, mai exact, nu se schimbă) pe măsură ce Universul continuă să se extindă.

soarta noastră reală, în accelerare, prezentată în dreapta. După ce va trece suficient timp, accelerația va lăsa fiecare structură galactică sau supergalactică legată complet izolată în Univers, pe măsură ce toate celelalte structuri se vor accelera irevocabil. NASA & ESA

Pe măsură ce Universul se extinde, se creează mai mult spațiu. Din moment ce energia întunecată este o formă de energie inerentă spațiului, atunci, pe măsură ce creăm mai mult spațiu, densitatea de energie nu scade. Aceasta este fundamental diferită de materia normală, de materia întunecată, de neutrini, de radiații și de orice altceva pe care îl cunoaștem. Și, prin urmare, are un impact asupra ratei de expansiune într-un mod diferit față de toate aceste alte tipuri de materie și energie.

evoluează/expandează în pași de timp egali dacă Universul tău este dominat de materie, radiație sau de energia inerentă spațiului însuși, aceasta din urmă corespunzând Universului nostru dominat de energia întunecată. E. Siegel

În câteva cuvinte, o nouă formă de energie poate afecta rata de expansiune a Universului într-un mod nou. Totul depinde de modul în care densitatea energiei se modifică în timp. În timp ce materia și radiația devin mai puțin dense pe măsură ce Universul se extinde, spațiul este tot spațiu și are în continuare aceeași densitate energetică peste tot. Singurul lucru care s-a schimbat este presupunerea noastră automată pe care am făcut-o: că energia ar trebui să fie zero. Ei bine, accelerarea Universului ne spune că nu este zero. Marea provocare cu care se confruntă acum astrofizicienii este să afle de ce are valoarea pe care o are. Din acest punct de vedere, energia întunecată este încă cel mai mare mister din Univers.

Primiți ce e mai bun din Forbes în căsuța dvs. poștală cu cele mai recente informații de la experți din întreaga lume.

Urmăriți-mă pe Twitter. Consultați site-ul meu web sau o parte din celelalte lucrări ale mele aici.

Loading …