우주는 팽창하고 있고 그 팽창은 가속화되고 있습니다. 하지만 그 원인은 무엇입니까? 주된 가설은 천체 물리학 자들이 모든 것을 다른 모든 것에서 멀어지게 만드는 "어두운 에너지"라고 부르는 반발력입니다. 그래서 어떻게 작동합니까? 그것은 우리의 미래에 무엇을 의미합니까? 그리고 그것이 존재한다는 것을 얼마나 확신합니까?

이름의 "어두움"이 말 그대로 어둡다는 의미는 아닙니다. 그것은 똑같이 신비한 것과 같은 맥락에서 우리가 그것에 대해 많이 알지 못한다는 것을 나타내는 자리 표시 자 용어에 가깝습니다. 암흑 물질. 우리가 아는 가장 중요한 것은 어떻게 든이 에너지가 우주의 팽창을 가속화하고 있다는 것입니다.

암흑 에너지의 정확한 특성은 아직 알려지지 않았지만 관찰을 설명하는 데 "필요한"몇 가지 특성이 있습니다. 암흑 에너지는 밀도가 극히 낮고 모든 공간에 균등하게 분산되어 모든 것을 효과적으로 밀어내는 강력한 음압을 방출합니다.

직접 감지하는 것은 거의 불가능하지만 물리학 자들은 암흑 에너지가 존재한다고 의심 할 몇 가지 이유가 있습니다. 우주 마이크로파 배경의 측정과 우주의 대규모 구조에 대한 관찰은 모두 일반 물질과 어두운 물질 모두 우주 내용물의 약 30 %만을 차지할 수 있음을 나타냅니다. 다른 형태의 에너지가 나머지 70 % 정도를 구성해야합니다.

이것은 우주론의 lambda-cold dark matter (ΛCDM) 모델로 잘 알려져 있으며, 현재 관측에 가장 적합한 우주의 가장 단순한 모델로 물리학 자들이 선호하는 모델입니다. 암흑 에너지는 우주의 총 질량 에너지 예산의 약 68 %를 차지하고 암흑 물질은 27 %를 차지하며 일반 물질은 나머지 XNUMX %를 반올림합니다.

하지만 암흑 에너지를 연구하기가 너무 어렵다면 어떻게 처음부터 우연히 발견했을까요?

어두운 역사

노벨 재단 / 공개 도메인

암흑 에너지의 개념은 알버트 아인슈타인으로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 당시 그는 그것을 인식하지 못했습니다. 1917 년에 아인슈타인은 일반 상대성 이론을 연구하는 동안 문제에 부딪 혔습니다. 그의 방정식은 우주가 동적이라는 것을 계속 암시했으며, 우주가 정적이어야한다는 당시에 받아 들여진 견해와 반대였습니다.

그의 모델을 현대적 신념에 맞추기 위해 아인슈타인은 "우주 상수"라고 부르는 새로운 숫자를 던졌습니다. 이것은 빈 공간 자체가 내재적 에너지를 가지고 있다고 말함으로써 정적 인 우주를 안정시키기 위해 노력했습니다. 이것은 중력의 내부 당기는 힘에 완벽하게 균형을 이루며 바깥쪽으로 밀어내는 음압을 발휘합니다.

그러나 그 아이디어는 정밀 조사를 견디지 ​​못했습니다. 1929 년 에드윈 허블은 은하가 우리 은하에서 멀어 질수록 우리로부터 더 빨리 멀어진다는 사실을 발견했습니다. 이는 우주가 팽창하고 있다는 분명한 증거입니다. 아인슈타인은 계속해서 그의 "가장 큰 실수"는 자신의 데이터가 그에게 우주가 역동적이라는 사실을 알려주는 것을 받아들이지 않았다는 것입니다.

팽창하는 우주가 과학으로 받아 들여지면서 물리학 자들은 향후 70 년 정도 동안 우주 상수에 대한 생각을 대체로 무시했습니다. 그러나이 개념은 1998 년에이 확장이 가속화되고 있다는 획기적인 발견과 함께 다시 관련이되었습니다.

확장 속도 향상

NASA / CXC / U. 텍사스

빛의 파동이 우주를 통과 할 때 우주의 팽창은 그것들을 뻗어나갑니다. 즉, 파장이 더 길어지고이 빛의 색상이 더 빨갛게 보이도록 변화하는 것을 의미합니다.이 현상을 적색 편이라고합니다. 그리고 1990 년대 후반에 두 개의 개별 그룹이이 효과를 사용하여 우주가 팽창하는 속도. 본질적으로 물체의 적색 편이는 빛이 물체를 떠난 이후 우주가 얼마나 확장되었는지를 나타냅니다.

두 그룹은 매번 똑같은 밝기에 매우 가까운 매우 신뢰할 수있는 광원 인 Ia 형 초신성을 연구했습니다. 따라서 그들은 종종 "표준 양초"라고 불리며 천문학 자들은 하늘에서 겉보기 밝기를 측정하여 물체까지의 거리를 계산하는 데 사용합니다. 천문학 자들은 후퇴 속도를 측정하기 위해이 초신성의 거리와 적색 편이를 비교했습니다. 얼마나 빨리 우리에게서 멀어지고 있는지.

과학자들은 중력이 우주의 팽창을 늦출 것이기 때문에 우리로부터 멀어지는 것은 가까운 물체보다 더 느리게 후퇴 할 것이라는 시간의 주요 가설을 확인할 것으로 예상했습니다. 그러나 놀랍게도 그들은 정반대의 사실을 발견했습니다. 이 발견은 그 이후로 많은 독립적 인 연구에 의해 뒷받침되었습니다.

천체 물리학의 모습을 완전히 바꾸어 놓은 두 팀의 세 과학자 인 Saul Perlmutter, Brian Schmidt, Adam Riess가 상을 받았습니다. 2011 년 노벨 물리학상.

암흑 에너지 모델

따라서 증거는 우주를 가속화하는 속도로 팽창시키는 무언가를 가리 킵니다. 하지만 실제로 is 암흑 에너지? 천체 물리학 자들은이 현상을 설명 할 수있는 다양한 모델을 제안했습니다.

첫 번째이자 가장 간단한 설명은 아인슈타인의 우주 상수. 이 아이디어는 우주가 팽창하고 있다는 사실을 발견 한 후 호의적이지 않았고 수십 년 동안 XNUMX의 값이 주어졌지만 XNUMX이 아닌 값이 주어지면 실제로는 가속화되는 팽창을 설명 할 수있었습니다.

오늘날 우주 상수는 종종 진공 에너지라고합니다. 그것은 양자 변동이“가상”입자 쌍과 무에서 자연적으로 튀어 나오는 반입자를 생성하는 기괴한주기에 의해 구동됩니다. 그러나 그들은 에너지 폭발로 서로를 전멸시키기 전에 아주 잠깐만 지속됩니다. 그리고 우주 자체를 밀어 붙이는 것은 바로이 에너지이며, 우주가 더욱 빠르게 확장되도록합니다.

또 다른 모델은이 에너지가 시간이 지남에 따라 "일정"할 필요가 없다는 것을 제안합니다. 이것이 10 번째 기본 힘 및 암흑 에너지 후보로 제안 된 정수의 본질입니다. 정수는 서로 다른시기에 매력적이거나 반발력이 될 수 있지만, 모델들은 그것이 약 XNUMX 억년 전에 반발력이되어 오늘날 우리가 보는 가속화 된 확장을 주도했을 것이라고 제안합니다.

다른 모델은 하나의 가설로 암흑 에너지와 암흑 물질을 모두 설명하려고합니다. 최근 한 연구에서 물리학 자들은 암흑 물질이 여러 유형의 입자로 구성 될 수 있다고 제안합니다. 결국 많은 유형의 일반 물질이 있습니다. 암흑 물질이 발생하면 더 가벼운 입자로 붕괴, 그것의 중력은 시간이 지남에 따라 줄어들어 우주 팽창에 대한 그립을 느슨하게하고 속도를 높일 수 있습니다.

또 다른 연구에서 과학자들은 암흑 물질에 구충제 자기 특성. 그리고 확실히 우주의 팽창은 오늘날 우리가 보는 것과 비슷한 방식으로 가속화되어 암흑 에너지가 암흑 물질의 증상 일 수 있음을 시사합니다.

다른 과학자들은 두 현상 모두“어두운 액체우주를 가득 채운다. 이 유체는 음의 질량을 가지며, 이는 중력이 본질적으로 역으로 작용하여 다른 질량을 격퇴한다는 것을 의미합니다. 그것은 우주의 가속화 된 팽창 (암흑 에너지)을 설명 할뿐만 아니라, 은하가 중심에있는 암흑 물질 덩어리의 당기는 힘이 아니라 외부에서 "밀어내는"힘에 의해 함께 붙잡 힐 것임을 의미합니다.

하와이 대학교

또 다른 가설은 다음과 같은 아이디어를 제안합니다. 암흑 에너지로 만든 물체 그 자체. 이러한 GEODE (General Objects of Dark Energy)는 끌어 당기는 대신 반발한다는 점을 제외하면 블랙홀과 매우 유사합니다. 그들은 대부분의 물질에서 멀리 떨어진 우주의 공허로 이동하고 매우 빠르게 회전하면 우주의 팽창을 가속화하는 힘으로 서로를 밀어 낼 것입니다.

그러나 이러한 가설의 거의 모든 문제는 ΛCDM 모델을 조정하기 시작하자마자 다른 의미가 전체를 밝혀 내겠다고 위협한다는 것입니다. 그래서 그것은 질문을합니다 – 우리 모델이 틀렸습니까? 암흑 에너지가 전혀 존재합니까? 아니면 우주의 오산일까요?

대체

가설로서, 암흑 에너지는 다소 임시적입니다. 그것은 우리의 이해의 격차를 막지 만 그렇게함으로써 더 많은 의문을 제기합니다. 따라서 많은 과학자들이 그 타당성에 의문을 제기하다, 가속에 대한 대안적인 설명을 제안합니다.

아인슈타인에 대한 베팅은 종종 바보의 게임이지만, 아마도이 경우 그의 방정식은 완전히 정확하지 않습니다. 일부 천체 물리학 자들은 중력 이론 수정 암흑 에너지가 채울 수있는 구멍을 제거합니다.

우주의 XNUMX 가지 기본 힘 중 XNUMX 가지가 "운반자"입자를 통해 작용하므로 XNUMX 번째도 자체 입자를 가지고 있다고 예측하는 것은 무리가 아닙니다. 최종 힘은 중력이며, 가상의 운반 입자는 "중력"이라고 불립니다. 중력자가 존재하고 질량이 있다면, 일반 상대성 이론이 거대한 우주 규모에서 작동하는 방식을 바꾸어 팽창을 가속화 할 수 있습니다.

다른 사람들은 일반 상대성 이론이 일을 지나치게 단순화그리고 이러한 지름길을 통해 암흑 에너지가 필요합니다. 우주에서 다른 밀도의 물질은 시공간을 다른 방향으로 구부려 야합니다. 은하와 성단은 한 방향으로 구부러져 야하고 공극은 다른 방향으로 구부러져 야합니다. 그것은 멀리있는 물체의 빛을 왜곡하고 우리의 나이나 거리 측정을 엉망으로 만들 수 있으며, 가속화되는 확장의 인상을줍니다.

그 아이디어에 대한 변형, timescape 우주론,는 이러한 뒤틀림이 서로 다른 밀도 사이에서 시간이 38 %까지 지나가는 속도를 변화시킬 것이라고 제안합니다. 그래서 원래의 암흑 에너지 천문학 자들이 본 초신성은 실제보다 더 멀리 보였습니다. 왜냐하면 시간이 우리 시선 내에서 다른 속도로 그들에게 전달되기 때문입니다.

또 다른 이론은 "Tardis"지역 이름을 딴 타임머신처럼 외부에서 보이는 것보다 내부가 더 큰 시공간의. 그것은 우주의 다른 부분에서 다른 팽창 속도로 인해 발생합니다. 다시 말하지만, 먼 물체의 빛은 이러한 Tardis 영역을 통과 할 때 더 늘어납니다. 광원이 더 멀어 질 때 빛이 더 많이 통과하기 때문에 시간이 지남에 따라 팽창이 가속화되는 인상을줍니다.

그러나 이러한 아이디어가 흥미로울 수 있지만, 아직 모든 것을 암흑 에너지만큼 깔끔하게 설명 할 수있는 대안 가설은 없기 때문에 일반적으로 우리가 가진 최고의 설명으로 간주됩니다.

그렇다면 우주가 가속화 된 속도로 팽창하고 있다면 그것이 모든 것의 궁극적 인 운명에 대해 무엇을 의미할까요? 몇 가지 가능성이 있습니다.

어두운 미래

다양한 암흑 에너지 이론을 미래로 투영하면 우주는 적절하게 암흑의 끝을 맞이할 수 있습니다.

확장이 계속 가속화되면 결국 하늘의 모든 은하가 시야에서 사라집니다. 왜냐하면 어떤 지점에서 그들은 그들이 방출하는 빛이 우리를 향하는 것보다 더 빨리 우리에게서 멀어 질 것이고,이 빛이 결코 우리에게 도달하지 못하도록 보장하기 때문입니다.

암흑 에너지는 모든 마지막 별이 블랙홀로 붕괴되고 모든 마지막 블랙홀이 아무것도 증발하지 않은 후에도 계속해서 우주를 밀어 낼 것입니다. 결국 모든 입자는 너무 멀리 떨어져서 거의 만나지 않을 것입니다. 우주는 열역학적 자유 에너지가 전혀 없을 때까지 냉각 될 것입니다. 이것은 Big Freeze로 알려져 있습니다.

모델마다 엔딩이 다릅니다. “팬텀 에너지”는 정수의 변형으로, 우주가 팽창함에 따라 밀도가 실제로 증가합니다 (밀도가 일정하게 유지되는 대부분의 암흑 에너지 모델과는 반대). 즉, 결국이 유령 에너지는 물리학의 다른 모든 근본적인 힘을 압도하게 될 것입니다.

이 시나리오에서 어떤 지점에서는 중력이 너무 약해져 은하를 하나로 묶을 수 없습니다. 수십만 년 후 강하고 약한 핵력이 실패하기 시작하여 별과 행성, 원자 자체를 찢어 버립니다. 마지막으로, 시공간의 구조조차도 찢어 질 것이며 결국 Big Rip이라고 부릅니다.

또는 암흑 에너지가 시간이 지남에 따라 일정하지 않으면 먼 미래에 중력이 줄다리기를 이기고 모든 것을 다시 결합하기 시작할 가능성이 있습니다. 수십억 년 동안 우주는 역 빅뱅과 같은 무한 밀도 지점에 도달 할 때까지 수축 할 것입니다. 이 시나리오를 Big Crunch라고합니다.

또는 아마도 그것은 끝이 아니라 새로운 시작일 것입니다. 또 다른 우주는 소위 말하는 재에서 폭발합니다. 큰 바운스.

실험적 확인

DESI 협업

무형의 암흑 에너지가 얼마나 존재하는지 감안할 때 어떻게 직접 감지 할 수 있습니까? 다섯 번째 기본 힘을 통해 암흑 에너지의 증거를 찾으려고 시도한 몇 가지 실험이 있습니다.

한 아이디어를 테스트 암흑 에너지의 영향은 진공 상태에서 더 강합니다. 영국의 과학자들은 진공실에 금속 대리석을 놓고 그 주위에 원자를 떨어 뜨 렸습니다. 다섯 번째 힘이 두 가중치 사이에 작용했다면 원자의 경로는 아래로 약간 구부러져 야합니다.

또 다른 연구에서 CERN의 과학자들은 "카멜레온"입자, 주위에 얼마나 많은 물질이 있는지에 따라 다른 질량과 중력 영향을 미칠 암흑 에너지 후보. 연구팀은 입자가 존재하는 경우 입자가 유발할 수있는 극히 작은 움직임에 민감하도록 만들어진 거울을 연구했습니다.

지금까지의 모든 실험에서 과학자들은 비어 있습니다. 이는 특정 질량의 암흑 에너지 입자 또는 힘의 상호 작용을 배제 할 수 있습니다. 또는 우리가 완전히 잘못된 길을 가고 있다는 의미 일 수 있습니다.

암흑 에너지는 오랫동안 우주론의 가장 깊은 미스터리 중 하나로 남아있을 가능성이 높지만 곧 새로운 리드를 갖게 될 것입니다. 그만큼 암흑 에너지 조사 2013 년부터 하늘을 스캔하고있는 동안 암흑 에너지 분광기 (DESI)가 최근 합류했습니다. Sloan Digital Sky Survey와 같은 다른 것들은 우주의 3D지도 암흑 에너지의 물리학을 조사합니다.

과학자들은 의심 할 여지없이 계속해서 암흑 에너지가 작용하고 있다는 증거를 조사하고 찾으려고 노력할 것입니다. 그렇지 않으면 암흑 에너지의 필요성을 완전히 없애는 새로운 이론이 나타날 것입니다. 그러나 그것이 펼쳐지는 것은 볼만한 매혹적인 영역입니다.

코인 스마트. 유로파 최고의 비트 코인-보르 스
출처 : https://newatlas.com/physics/what-is-dark-energy-explained-accelerating-expansion-universe/