Ciemna energia to enigmatyczne zjawisko, które działa w opozycji do grawitacji i jest odpowiedzialne za przyspieszenie ekspansji wszechświata. Chociaż ciemna energia stanowi do trzech czwartych masy-energii kosmosu, jej podstawowa natura przez dziesięciolecia pozostawała tajemnicą dla fizyków. Ciemna energia nie jest w żaden sposób powiązana z ciemną materią, poza wspólnym słowem "ciemna", co oznacza, że naukowcy tak naprawdę nie wiedzą, czym one są.
W 2023 roku naukowcy powiedzieli, że wykryli dowody na to, że ciemna energia może być wyjaśniona przez rodzaj energii przechowywanej wewnątrz czarnych dziur. Jeśli to prawda, odkrycie oznaczałoby, że nasze obecne modele wszechświata nie wymagają nowych sił lub pól poza Einsteinowskim pojęciem grawitacji, aby wyjaśnić ciemną energię. Jednak dalsze odkrycia musiałyby potwierdzić wyniki, zanim zostaną one powszechnie zaakceptowane przez fizyków jako wyjaśnienie ciemnej energii.
Kto odkrył ciemną energię?
Uświadomienie sobie, że wszechświat się rozszerza, może być prześledzone przez amerykańskiego astronoma Edwina Hubble'a, który w 1929 roku zauważył, że im dalej galaktyka jest od Ziemi, tym szybciej się od nas oddala, zgodnie ze stroną internetową Hubble Space Telescope. Nie oznacza to, że nasza planeta jest centrum wszechświata, ale raczej, że wszystko w przestrzeni kosmicznej oddala się od wszystkiego innego w stałym tempie.
Prawie 60 lat po rewelacjach Hubble'a naukowcy dokonali kolejnego zaskakującego odkrycia. Naukowcy od dawna próbowali precyzyjnie mierzyć kosmiczne odległości, patrząc na światło odległych gwiazd. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych, po zbadaniu odległych supernowych, dwa niezależne zespoły stwierdziły, że światło gwiezdnych eksplozji jest słabsze niż oczekiwano. Wskazuje to, że wszechświat nie tylko się rozszerza, ale także przyspiesza w swojej ekspansji.
To odkrycie dało fizykom powód do drapania się po głowie od tego czasu, również zarabiając jego odkrywcom Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2011.
Co robi ciemna energia?
Choć naukowcy nie rozumieją do końca ciemnej energii, wykorzystali swoją wiedzę o tym zjawisku do skonstruowania modeli wszechświata, które wyjaśniają wszystko, od Wielkiego Wybuchu po współczesną wielkoskalową strukturę galaktyk. Niektóre z tych modeli przewidują, że ciemna energia rozerwie wszystko, co istnieje, za miliardy lat.
Wiodące wyjaśnienia ciemnej energii sugerują, że jest to rodzaj spiętrzonej energii tkwiącej w tkance czasoprzestrzeni. "Ten prosty model działa bardzo dobrze praktycznie i jest prostym dodatkiem do modelu kosmologicznego bez konieczności modyfikacji prawa grawitacji", Baojiu Li, fizyk matematyczny z Durham University w Wielkiej Brytanii, powiedział wcześniej Live Science. Ale pomysł przychodzi z jednym poważnym problemem: fizycy przewidują, że wartość energii próżni powinna być o 120 rzędów wielkości wyższa niż to, co kosmolodzy obserwują w pomiarach, powiedział Li.
W lutym 2023 roku naukowcy wykorzystali pomiary ze starożytnych i uśpionych czarnych dziur, aby pokazać, że te kosmiczne behemoty rosną szybciej niż przewidywano. Odkrycia te sugerują, że czarne dziury zawierają rodzaj energii próżniowej nieodłącznie związanej z czasoprzestrzenią, która może wyjaśnić ekspansję wszechświata, a wszystko to w ramach teorii względności Einsteina. Jeśli odkrycie to się utrzyma, oznaczałoby to, że do wyjaśnienia ciemnej energii nie będzie potrzebna żadna nowa fizyka. Swoje odkrycia opublikowali w dwóch pracach w The Astrophysical Journal i The Astrophysical Journal Letters.
Alternatywny pomysł zakłada, że ciemna energia jest dodatkową fundamentalną siłą, dołączającą do czterech już znanych (grawitacji, elektromagnetyzmu oraz silnej i słabej siły jądrowej). Jednak to przypuszczenie nie wyjaśnia, dlaczego ludzie nie zauważają tej dodatkowej siły w naszym codziennym życiu. Teoretycy zbudowali więc również kreatywne modele sugerujące, że ta tajemnicza siła jest w jakiś sposób ukryta.
Zmierzona wartość ciemnej energii jest obecnie przedmiotem intensywnej debaty pomiędzy rywalizującymi frakcjami w fizyce. Niektórzy badacze zmierzyli moc ciemnej energii wykorzystując kosmiczne tło mikrofalowe, niewyraźne echo Wielkiego Wybuchu, i uzyskali jeden szacunek.
Jednak inni astronomowie, którzy mierzą siłę ciemnej energii za pomocą światła odległych obiektów kosmicznych, uzyskali inne wartości i nikt jeszcze nie był w stanie wyjaśnić tej rozbieżności. Niektórzy eksperci sugerują, że moc ciemnej energii zmienia się w czasie, jednak zwolennicy tego pomysłu nie zdołali jeszcze przekonać do tego wyjaśnienia większości swoich kolegów.
Dodatkowe zasoby:
- Przeczytaj więcej o ciemnej energii z Swinburne University w Australii.
- Oto definicja ciemnej energii i ciemnej materii z NASA Science.
- Obejrzyj „Wielkie tajemnice: ciemna energia” firmy Fermilab.
