Кому нужна темная энергия?

Темная энергия, как полагают, является драйвером расширения Вселенной. Но нужна ли нам темная энергия для объяснения расширяющейся Вселенной?

Наша Вселенная расширяется. Мы знаем это почти столетие, и современные наблюдения продолжают это подтверждать. Но остается вопрос, что движет этим космическим расширением. Самый популярный ответ — это то, что мы называем темной энергией. Но нужна ли нам темная энергия для объяснения расширяющейся Вселенной? Возможно, нет.

Идея темной энергии исходит из свойства общей теории относительности, известной как космологическая постоянная. Свет и материя отклоняются от простых прямых путей таким образом, что это напоминает гравитационную силу. Простейшая математическая модель в теории относительности просто описывает эту связь между веществом и кривизной, но оказывается, что уравнения также допускают дополнительный параметр — космологическую постоянную, которая может дать пространству общую скорость расширения. Космологическая константа прекрасно описывает наблюдаемые свойства темной энергии, и она возникает естественно в общей теории относительности, так что это модель приемлема.

Роль темной материи в ранней Вселенной была не такой уж и значительной

В классической теории относительности наличие космологической постоянной означает, что космическое расширение является просто свойством пространства-времени. Но наша Вселенная также управляется квантовой теорией, и квантовый мир не сочетается так хорошо с космологической постоянной. Одно из решений этой проблемы заключается в том, что энергия квантового вакуума может стимулировать космическое расширение, но в квантовой теории колебания вакуума, вероятно, сделают космологическую постоянную намного больше, чем мы наблюдаем, поэтому это не очень удовлетворительный ответ.

Несмотря на необъяснимую сверхъестественность темной энергии, она настолько хорошо соответствует наблюдениям, что стала частью модели космологии, также известной как модель Lambda-CDM. Здесь греческая буква лямбда является символом темной энергии, а CDM обозначает Холодную Темную Материю.

Первое изображение темной материи?

В этой модели есть простой способ описать общую форму космоса, известную как метрика Фридмана-Лематора-Робертсона-Уокера (FLRW). Единственная загвоздка в том, что она предполагает, что материя распределена равномерно по всей Вселенной. В реальном мире материя сгруппирована в скопления галактик, поэтому метрика FLRW является лишь приближением к реальной форме Вселенной. Поскольку темная энергия составляет около 70% массы / энергии Вселенной, метрика FLRW обычно считается хорошим приближением. Но что, если это не так?

В новой статье это обосновано. Поскольку материя сгущается, пространство в этих регионах будет более изогнуто. В больших пустотах между скоплениями галактик было бы меньше кривизны пространства. По сравнению с кластерными областями, по-видимому, пустоты расширяются подобно появлению темной энергии. Используя эту идею, команда выполнила компьютерное моделирование Вселенной, используя кластерный эффект, а не темную энергию. Они обнаружили, что общая структура эволюционировала аналогично моделям темной энергии.

Это, по-видимому, подтверждает идею о том, что темная энергия может быть следствием скопления галактик.

Это интересная идея, но есть причины для скептицизма. Хотя такая кластеризация может иметь некоторое влияние на космическое расширение, оно не будет таким же сильным, как мы наблюдаем. Хотя эта модель, по-видимому, объясняет масштаб, на котором происходит скопление галактик, она не объясняет других эффектов, таких как наблюдения далеких сверхновых, которые сильно поддерживают темную энергию. Астрономы сегодня не считают эту новую модель очень убедительной, но такие идеи, безусловно, заслуживают изучения. Если модель может быть доработана, на нее могут взглянуть по-новому.