събота, юни 13, 2009

Денят в който Вселената замръзна: Нов модел за тъмната енергия

Крайната съдба на Вселената зависи от природата на тъмната енергия. В зависимост от свойствата й, Вселената може да се разкъса във всички посоки (голямото разкъсване) или текущата експанзия може да се обърне в свиване (големия срив) или нещо между тези два варианта.(Credit: NASA/CXC/M. Weiss)

ScienceDaily (May 11, 2009) — Представете си време, когато цялата Вселена е замръзва. Според новия модел за тъмната енергия, това всъщност се е случило преди около 11.5 милиарда години, когато Вселената е била около ¼ от днешния си размер.
Моделът публикуван онлайн на 6 Май в списанието Physical Review D, е бил разработен от изследователя сътрудник Sourish Dutta и професора по физика Robert Scherrer в университета Вандербилт, работейки с професора по физика Stephen Hsu и магистъра David Reeb в университета в Орегон.

Космологичната фаза на преход – подобна на замръзването – е един от отличителните белези на това последно усилие за отчитане влиянието на тъмната енергия – мистериозната негативна сила, която космолозите сега мислят, че съставя над 70% от всичката енергия и материя във Вселената и раздалечава Вселената с увеличаваща се скорост.
Друга черта, която отличава новата формулировка е, че тя прави предвиждане, което може да се тества, засягащо степента на увеличение на Вселената. Освен това, микро експлозиите създадени от най-големите колайдъри би трябвало да възбудят тъмно енергийното поле и тези възбуждания могат да се проявят като екзотични, не виждани преди суб-атомни частици.

"Едно от нещата, което е много незадоволително е съществуването на обяснения за тъмната енергия, които са трудни за тестване,” казва Scherrer, "Ние създадохме модел, който може да взаимодейства с нормалната материя и също има видими последици.”
Модела асоциира тъмната енергия с нещо наречено енергия на вакуума. Както няколко съществуващи теории, тя предлага схващането, че самото пространство е източника на отблъскващата енергия, която разширява Вселената. От много години насам, учените мислеха, че енергията на празното пространство се движи средно около нула. Но откритието на квантовата механика промени този възглед. Според квантовата теория, празното пространство е пълно с двойки „виртуални” частици, които изскачат и потъват (появяват се и изчезват) твърде бързо за да бъдат засечени.

Тази суб-атомна активност е логичния източник на тъмната енергия, защото и двете са разпределени еднообразно из пространството. Това разпределение е в съответствие с доказателството, че средната плътност на тъмната енергия е останала константна докато Вселената се е разширявала. Тази характеристика е в директен контраст на обикновената материя и енергия, която става разредена с нарастващи темпове докато Вселената се разширява.

Теорията е една от тези, която приписва на тъмната енергия едно напълно ново поле наречено квинтесенция (същина). Квинтесенцията е сравнима с другите основни полета като гравитацията и електромагнетизма, но има някои уникални свойства. Първото е, че тя има еднаква сила навсякъде във Вселената. Друга важна черта е, че тя действа като антигравитационен агент, карайки обектите да се раздалечават вместо да ги събира като гравитацията.

В най-простата си форма, силата на полето на квинтесенцията остава константно през времето. В този случай то играе ролята на космологична константа, термин който Айнщайн е добавил към общата теория на относителността за да предпази Вселената от свиване под действието на гравитацията. Когато се появило доказателството, че Вселената се разширява, Айнщайн махнал термина, тъй като разширяващата се Вселена е решение на уравненията на общата относителност. Тогава в края на 90-те, изучаването на суперновите индикирало, че Вселената не само се разширява, но и се ускорява, вместо да се забавя както очаквали преди учените.

Това хвърлило космолозите в недоумение, тъй като те мислели, че гравитацията е единствената сила действаща на големи разстояния между астрономическите обекти. Така, че те нямали идея какво може да раздалечава всичко във Вселената. Най-простия начин да се отчете този феномен е било да върнем назад космологичната константа на Айнщайн с нейните антигравитационни свойства. За съжаление, това обяснение страда от доста големи недостатъци, така че физиците започнали усилено да търсят други антигравитационни агенти.

Тези антигравитационни агенти (наречени „тъмно енергийни модели” в техническата литература) обикновено реферират към квинтесенцията или по-екзотични полета. Тъй като нито едно от тези полета не е засичано в природата, техните поддържници обикновено приемат, че те не взаимодействат значително с обикновената материя и лъчение.
Едно от последствията от позволяването на квинтесенцията да взаимодейства с обикновената материя е вероятността, полето да премине във фаза на промяна – да замръзне – когато Вселената се е охладила около 2.2 милиарда години след Големия Взрив. В резултат на това, плътността на енергията на квинтесенцията би останала на сравнително високо ниво до новата фаза на преход, когато рязко паднала на значително по-ниско ниво, където е останала и до сега.

Този преход би освободил фракция от тъмната енергия задържана в полето под формата на тъмна радиация (тъмно лъчение). Според този модел, тъмното лъчение е много по-различно от светлината, радио вълните, микровълните и другите типове обикновено лъчение: То не може да се засече от нито един инструмент познат на човека. Природата обаче предоставя метод за засичане. Според Теорията на общата относителност на Айнщайн, гравитацията е продуцирана от разпределението на енергията и импулса. Така, че промените в нетната енергия и импулса причинени от внезапното вкарване на тъмното лъчение би трябвало да са повлияли на гравитационното поле на Вселената по такъв начин, че тя е забавила разширението си по характерен начин.

В следващото десетилетие, големите астрономически наблюдения, които току що започват, целият да измерят яркостта на най-отдалечените супернови и биха били способни да засекат забавянето на разширението, който се предсказва от модела. По същото време, новите ускорители на частици, като Големия Адронен Колайдър в Швейцария, може да произведе енергии теоретично достатъчно големи за да възбудят полето на квинтесенцията и това да причини появата на нови екзотични частици, споделят изследователите.
Изследването е финансирано от Енергийното министерство на САЩ.

Източник: http://www.sciencedaily.com/releases/2009/05/090508190416.htm


Няма коментари:

Публикуване на коментар