Давайте погрузимся в историю одного из самых загадочных явлений в космологии — темной энергии. Эта невидимая сила не только определяет структуру и эволюцию нашей Вселенной, но и, вероятно, предопределит её далёкое будущее, включая возможные сценарии конца всего сущего.
Предыстория: от случайного открытия к пониманию формы Вселенной
Наш путь начинается в 1965 году, когда группа американских астрофизиков совершенно случайно подтвердила существование реликтового излучения — космического микроволнового фона. Изначально они изучали помехи для спутниковой связи и наткнулись на необъяснимый «шум», который не удавалось устранить. Это открытие, теоретически предсказанное ещё советскими учёными, стало ключевым доказательством теории Большого Взрыва. Реликтовое излучение — это своего рода «эхо» той раскалённой и плотной плазмы, которой была Вселенная около 13.8 миллиардов лет назад. Анализ его свойств, в частности, его равномерности и поведения при изменении угла наблюдения, привёл учёных к революционному выводу: на больших масштабах наша Вселенная является «плоской» и расширяется.
Проблема недостающей плотности
В 1990-е годы, имея модель плоской Вселенной, космологи решили вычислить её общую плотность массы и энергии. На тот момент науке были известны два основных компонента космоса: обычная барионная материя (всё, что состоит из протонов, нейтронов и электронов — звёзды, планеты, мы) и таинственная тёмная материя, которая проявляет себя только через гравитацию. Расчёты показали удивительную вещь: обычная материя составляет лишь около 5% от необходимой плотности, а тёмная материя — около 27%. В сумме получалось лишь 32%, что ставило под сомнение «плоскость» Вселенной. Учёные, уверенные в своих выводах о форме космоса, столкнулись с дилеммой: либо их модель неверна, либо существует нечто, заполняющее оставшиеся 68% объёма Вселенной. Так родилась гипотеза о новой, неизвестной форме энергии.
Эпохальное открытие: Вселенная расширяется с ускорением
Решающий прорыв произошёл в 1998-1999 годах. Две независимые группы астрономов, изучая свет далёких сверхновых звёзд типа Ia (которые служат «стандартными свечами» для измерения космических расстояний), сделали шокирующее открытие. Свет этих сверхновых оказался слабее, чем предсказывали модели равномерного расширения. Единственным логичным объяснением было то, что эти звёзды находятся дальше, чем предполагалось. Это означало, что расширение Вселенной не замедляется под действием гравитации, как думали раньше, а, наоборот, ускоряется! Как будто некая отталкивающая сила расталкивает галактики друг от друга. Данные с космического зонда WMAP, изучавшего тонкие неоднородности реликтового излучения, окончательно подтвердили эту картину. Так была открыта тёмная энергия — загадочная субстанция, ответственная за ускоренное расширение космоса.
Обратите внимание: Источники энергии будущего: Ядерный синтез.
Природа и свойства тёмной энергии
Что же такое тёмная энергия? На сегодняшний день это, пожалуй, самый большой вопрос в фундаментальной физике. Согласно общепринятой модели, это некое поле, равномерно заполняющее всё пространство Вселенной. Его ключевая особенность — чрезвычайно высокое отрицательное давление. Именно это отрицательное давление и создаёт гравитационное отталкивание, заставляющее ткань пространства-времени расширяться всё быстрее.
Почему её называют «тёмной»? Потому что она не взаимодействует с электромагнитным излучением — не поглощает, не отражает и не испускает свет. Мы не можем её увидеть или зафиксировать напрямую. Её существование доказывается исключительно по тому гравитационному эффекту, который она оказывает на расширение всей Вселенной в целом.
Роль тёмной энергии в судьбе космоса
Интересно, что ускоренное расширение началось не сразу. В первые миллиарды лет после Большого Взрыва гравитационное притяжение обычной и тёмной материи доминировало и замедляло разлёт галактик. Однако по мере расширения и разрежения материи её гравитационное влияние ослабевало, а плотность тёмной энергии (согласно некоторым моделям) оставалась постоянной. Примерно 5 миллиардов лет назад тёмная энергия взяла верх, и с тех пор расширение только ускоряется.
Этот процесс определяет несколько возможных, и ни одного оптимистичного, сценария далёкого будущего Вселенной:
- «Тепловая смерть» или Большое Охлаждение: Расширение продолжается ускоряющимися темпами. Галактики за пределами нашего локального сверхскопления однажды улетят за космологический горизонт событий и станут для нас навсегда невидимыми. Звёзды потухнут, газ для образования новых звёзд рассеется, чёрные дыры испарятся через излучение Хокинга. Вселенная придёт в состояние максимального хаоса и равномерной, близкой к абсолютному нулю температуры.
- «Большой Разрыв»: Если плотность тёмной энергии со временем будет возрастать, то её отталкивающая сила станет бесконечной. Она преодолеет сначала гравитацию, удерживающую галактики, затем звёздные системы, потом разорвёт планеты, молекулы, атомы и даже элементарные частицы. Пространство-время будет разорвано в клочья.
- Смена фазы и «Большой Хлопок»: Существует гипотетический сценарий, при котором тёмная энергия нестабильна. В какой-то момент её свойства могут резко измениться, и отталкивание сменится колоссальным притяжением. Это приведёт к обратному коллапсу всей Вселенной в сингулярность — «Большому Сжатию», которое, возможно, станет началом нового цикла.
Черные дыры сливаются друг с другом и поглощают все вокруг себя
Заключение
Итак, тёмная энергия — это доминирующий компонент нашей Вселенной (около 68%), невидимая сила с отрицательным давлением, которая заставляет космос расширяться с ускорением и, вероятно, определит его окончательную судьбу. Несмотря на то что её природа остаётся загадкой, изучение тёмной энергии — это фронтальная линия современной космологии, поиск ответов на фундаментальные вопросы о том, как устроен мир и что ждёт его в грядущие эпохи.
Теперь, вооружившись этими знаниями, вы можете не только поразить друзей и близких рассказом о самом масштабном явлении во Вселенной, но и предложить им на выбор несколько грандиозных, хотя и печальных, вариантов конца всего сущего.
Еще больше интересного на моем канале. Буду рад вашей подписке!
[my]ФизикаНаучная поп-музыкаНаукаОбразованиеИнтересноУченыеВселеннаяАстрономияАстрофизикаДлинный пост 16Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: История темной энергии.