Когато преди 20 години стана ясно, че разширяването на Вселената се ускорява, учените представиха цялостно, просто и изпитателно обяснение. Но с появата на все повече експериментални и наблюдателни данни причината за тъмната енергия - вероятно тази причина за това ускорение - остава неизвестна. Макар да е технически еквивалентен на "космологична константа" (или енергия, присъща на самото пространство), няма начин да се изведе стойността му. Но ако си спомним, че поставянето на определени форми на материя в празно пространство променя силите, действащи върху тази материя, може би тъмната енергия възниква по много прост принцип: защото в нашата Вселена има материя като такава.
Клъстерна карта на галактики в нашата Вселена. Наличието на тези структури може да обясни присъствието и силата на тъмната енергия в нейната цялост.
Повечето сили и явления имат произход, който е лесен за откриване. Два масивни обекта изпитват силата на гравитацията поради факта, че космическото време се изкривява поради наличието на материя и енергия. Вселената се е разширила, защото има собствена история на промените в енергийната плътност във Вселената и първоначалните условия за разширяване. И всички частици във Вселената си взаимодействат по определен начин поради добре познатите правила на квантовата теория на полето и обмяната на векторни бозони. От най-малките субатомни частици до най-големите скали, същите сили действат, за да задвижват бозони и галактики.
Силното взаимодействие, което се случва поради наличието на "промяна на цвета" и обмяната на глуони, държи ядрата на атомите заедно
Дори най-загадъчните явления в основата си съдържат обяснения, които са добре разбрани. Не знаем защо във Вселената има повече материя от антиматерията, но знаем, че условията, от които се нуждаем за това - нарушение на барионно число, нарушение на C и CP, се срещат. Не знаем каква е природата на тъмната материя, но нейните общи свойства, къде се намира и как се струпва, всички са добре разбрани. Ние също не знаем дали черните дупки запазват информация или не, но разбираме окончателното и първоначалното състояние на тези обекти, както и как те се раждат и какво се случва с хоризонтите им за събития във времето.
Илюстрация на черна дупка и нейната среда, ускоряващ и надуващ се акредиращ диск. Първоначалните и крайните състояния на черните дупки могат да бъдат добре предвидени, дори ако загубата или съхраняването на информация не са
Но има едно нещо, което изобщо не разбираме: тъмна енергия. Разбира се, можем да измерим ускорението на Вселената и да разберем точно нейната величина. Но защо дори имаме вселена с ненулева тъмна енергия? Защо празното пространство, в което няма нищо - няма значение, няма кривина, няма радиация, нищо - има положителна ненулева енергия? И защо това количество енергия, което беше непонятно мъничко и напълно невидимо през първите милиарди години от историята на Вселената, започна да улавя Вселената едва в момента, в който Земята се появи в нея?
Илюстрация на протопланетен диск, в който се образуват планети и планетесимали, създавайки пропуски в диска. Преди четири до пет милиарда години, когато Слънчевата ни система се формира, тъмната енергия едновременно започва да улавя разширяването на Вселената и енергийната плътност
Промоционално видео:
Има много интересни неща, които можем да свържем с тъмната енергия и Вселената като цяло. Има много празно пространство, което квантовите полета проникват. Във Вселената няма региони, в които да проникнат гравитационни, електромагнитни или ядрени сили; те са навсякъде. Ако се опитаме да изчислим така наречената вакуумна очаквана стойност (кондензат) на различни квантови полета, ще срещнем безкраен брой термини и можем само да я запишем приблизително. Винаги ще се занимаваме с приблизителни стойности. И доколкото знаем, те не са балансирани и Вселената не се забавя - всъщност се ускорява. Някак си самото пространство има малко ненулева енергия. И тази енергия кара далечните галактики във Вселената да се отдалечават от нас с все по-голяма скорост,макар и бавно, но постоянно.
Въпросът "защо?" никога не престава да измъчва теоретиците. Защо Вселената се разширява все по-бързо и по-бързо? Не можем да обясним присъствието на тази тъмна енергия в нищо. Може би имаме малко разбиране за самата Вселена. Има обаче и друга възможност, за която рядко се мисли: може би това свойство на празното пространство се определя от наличието на други неща - като материята - във Вселената.
И има причина да се смята, че това е възможно, което се нарича ефект на Казимир. Познаваме го добре.
Илюстрация на ефекта на Казимир и как силите извън плочите се различават от силите между тях
Каква е електромагнитната сила на празното пространство? Нула, разбира се. При липса на заряди, токове и материя за взаимодействие, тя ще бъде нула, без шега. Но ако поставите две метални плочи на определено разстояние между тях и след това отново попитате каква ще бъде електромагнитната сила, тя ще престане да бъде нула. Поради факта, че някои режими на квантови колебания са забранени поради границите на плочата, ние не само предвиждаме, но и измерваме ненулевата сила между тези плочи, възникваща буквално от празното пространство. И най-интересното е, че всички сили, включително гравитационните сили, проявяват ефекта на Казимир.
Карта на над милион галактики във Вселената; във всяка точка има отделна галактика. Различните цветове представляват разстояния; червен - по-нататък
Какво се случва, когато се опитаме да приложим този ефект върху цялата вселена и да изчислим ефекта? Отговорът е прост: получаваме нещо, което под някаква форма съответства на тъмната енергия, само - отново - в различен ред. И това може да е така, защото ние не знаем напълно какви са граничните условия на Вселената или как правилно да изчислим квантово-гравитационния ефект.
Картографирането на Вселената може да бъде най-лесната част. Малко вероятно е да изчакаме наблюдаван или експериментален пробив, който да ни доведе до разбиране на тъмната енергия, най-неуловимата сила във Вселената. Може да ни е нужен теоретичен пробив. И евентуално ще бъде свързана с аномалия в следите, промяна в динамичната величина или дори следа от допълнителни измерения. Едва наскоро открихме най-трудната му тайна за обяснение. Може би решението ще се крие във физиката, която вече познаваме.
Иля Кел