stringtranslate.com

Темная энергия

В физической космологии и астрономии темная энергия — это предполагаемая форма энергии , которая влияет на вселенную в самых больших масштабах. Ее основной эффект заключается в ускорении расширения вселенной . Если предположить, что космологическая модель лямбда-CDM верна, [1] темная энергия доминирует во вселенной, внося 68% от общей энергии в современной наблюдаемой вселенной, в то время как темная материя и обычная (барионная) материя вносят 26% и 5% соответственно, а другие компоненты, такие как нейтрино и фотоны, практически незначительны. [2] [3] [4] [5] Плотность темной энергии очень мала:7 × 10 −30  г/см 3 (6 × 10 −10  Дж/м 3 в массе-энергии ), что намного меньше плотности обычной материи или темной материи внутри галактик. Однако она доминирует в массе-энергетическом содержании Вселенной, поскольку она однородна в пространстве. [6] [7] [8]

Первые наблюдательные доказательства существования темной энергии были получены в результате измерений сверхновых . Сверхновые типа Ia имеют постоянную светимость, что означает, что их можно использовать в качестве точных мер расстояния. Сравнение этого расстояния с красным смещением (которое измеряет скорость, с которой удаляется сверхновая) показывает, что расширение Вселенной ускоряется . [9] [10] До этого наблюдения ученые считали, что гравитационное притяжение материи и энергии во Вселенной приведет к замедлению расширения Вселенной с течением времени. С момента открытия ускоряющегося расширения было обнаружено несколько независимых линий доказательств, подтверждающих существование темной энергии.

Точная природа темной энергии остается загадкой, и возможных объяснений предостаточно. Главными кандидатами являются космологическая константа [11] [12] (представляющая собой постоянную плотность энергии, однородно заполняющую пространство) и скалярные поля (динамические величины, имеющие плотность энергии, которая меняется во времени и пространстве), такие как квинтэссенция или модули . Космологическая константа будет оставаться постоянной во времени и пространстве, в то время как скалярные поля могут меняться. Другие возможности — это взаимодействие темной энергии, наблюдательный эффект и космологическая связь (см. раздел Темная энергия § Теории темной энергии ).

История открытия и предыдущие предположения

Космологическая постоянная Эйнштейна

« Космологическая постоянная » — это постоянный член, который можно добавить к уравнениям поля Эйнштейна общей теории относительности . Если рассматривать его как «исходный член» в уравнении поля, его можно рассматривать как эквивалент массы пустого пространства (которая концептуально может быть как положительной, так и отрицательной) или « энергии вакуума ».

Космологическая постоянная была впервые предложена Эйнштейном в качестве механизма для получения решения уравнения гравитационного поля , которое привело бы к статической Вселенной, эффективно используя темную энергию для уравновешивания гравитации. [13] Эйнштейн дал космологической постоянной символ Λ (заглавная лямбда). Эйнштейн утверждал, что космологическая постоянная требует, чтобы «пустое пространство играло роль гравитирующих отрицательных масс , которые распределены по всему межзвездному пространству». [14] [15]

Механизм был примером тонкой настройки , и позже было осознано, что статическая вселенная Эйнштейна не будет стабильной: локальные неоднородности в конечном итоге приведут либо к неуправляемому расширению, либо к сжатию вселенной. Равновесие нестабильно : если вселенная немного расширяется, то расширение высвобождает энергию вакуума, что вызывает еще большее расширение. Аналогично, вселенная, которая немного сжимается, продолжит сжиматься. По словам Эйнштейна, «пустое пространство» может обладать собственной энергией. Поскольку эта энергия является свойством самого пространства, она не будет разбавляться по мере расширения пространства. По мере того, как появляется больше пространства, появляется больше этой энергии пространства, тем самым вызывая ускоренное расширение. [16] Такого рода нарушения неизбежны из-за неравномерного распределения материи по всей вселенной. Кроме того, наблюдения, сделанные Эдвином Хабблом в 1929 году, показали, что вселенная, по-видимому, расширяется и не является статичной. Сообщается, что Эйнштейн называл свою неспособность предсказать идею динамической вселенной, в отличие от статической вселенной, своей величайшей ошибкой. [17]

Инфляционная темная энергия

Алан Гут и Алексей Старобинский в 1980 году предположили, что отрицательное поле давления, по концепции похожее на темную энергию, могло бы управлять космической инфляцией в очень ранней Вселенной. Инфляция постулирует, что некая отталкивающая сила, качественно похожая на темную энергию, привела к огромному и экспоненциальному расширению Вселенной немного после Большого взрыва . Такое расширение является неотъемлемой чертой большинства современных моделей Большого взрыва. Однако инфляция должна была произойти при гораздо более высокой (отрицательной) плотности энергии, чем темная энергия, которую мы наблюдаем сегодня, и считается, что инфляция полностью закончилась, когда Вселенной было всего лишь долю секунды. Неясно, какая связь, если таковая имеется, существует между темной энергией и инфляцией. Даже после того, как инфляционные модели были приняты, космологическая постоянная считалась нерелевантной для современной Вселенной.

Почти все модели инфляции предсказывают, что общая плотность (материя+энергия) Вселенной должна быть очень близка к критической плотности . В 1980-х годах большинство космологических исследований было сосредоточено на моделях с критической плотностью только в материи, обычно 95% холодной темной материи (CDM) и 5% обычной материи (барионы). Было обнаружено, что эти модели успешно формируют реалистичные галактики и скопления, но в конце 1980-х годов появились некоторые проблемы: в частности, модель требовала значения постоянной Хаббла ниже, чем предпочитали наблюдения, и модель недооценивала наблюдения крупномасштабного скопления галактик. Эти трудности стали сильнее после открытия анизотропии в космическом микроволновом фоне космическим аппаратом COBE в 1992 году, и несколько модифицированных моделей CDM стали предметом активного изучения в середине 1990-х годов: они включали модель Lambda-CDM и смешанную модель холодной/горячей темной материи. Первые прямые доказательства существования темной энергии были получены в результате наблюдений за сверхновыми в 1998 году за ускоренным расширением в работах Рисса и др. [18] и Перлмуттера и др. [19] , а затем модель Lambda-CDM стала ведущей моделью. Вскоре после этого темная энергия была поддержана независимыми наблюдениями: в 2000 году эксперименты BOOMERanG и Maxima по исследованию космического микроволнового фона наблюдали первый акустический пик в космическом микроволновом фоне, показывающий, что общая плотность (материя + энергия) близка к 100% от критической плотности. Затем в 2001 году 2dF Galaxy Redshift Survey предоставил убедительные доказательства того, что плотность материи составляет около 30% от критической. Большая разница между этими двумя значениями подтверждает плавный компонент темной энергии, составляющий разницу. Гораздо более точные измерения от WMAP в 2003–2010 годах продолжили подтверждать стандартную модель и давали более точные измерения ключевых параметров.

Термин «тёмная энергия», перекликающийся с термином «тёмная материя» Фрица Цвикки из 1930-х годов, был придуман Майклом С. Тернером в 1998 году. [20]

Изменение расширения с течением времени

Диаграмма, изображающая ускоренное расширение Вселенной из-за темной энергии.

Высокоточные измерения расширения Вселенной необходимы для понимания того, как скорость расширения изменяется со временем и пространством. В общей теории относительности эволюция скорости расширения оценивается по кривизне Вселенной и космологическому уравнению состояния (соотношение между температурой, давлением и совокупной плотностью материи, энергии и энергии вакуума для любой области пространства). Измерение уравнения состояния темной энергии является одним из крупнейших усилий в наблюдательной космологии сегодня. Добавление космологической постоянной к стандартной метрике FLRW космологии приводит к модели Lambda-CDM, которая была названа « стандартной моделью космологии » из-за ее точного соответствия наблюдениям.

По состоянию на 2013 год модель Lambda-CDM согласуется с серией все более строгих космологических наблюдений, включая космический аппарат Planck и Supernova Legacy Survey. Первые результаты SNLS показывают, что среднее поведение (т. е. уравнение состояния) темной энергии ведет себя как космологическая постоянная Эйнштейна с точностью до 10%. [21] Недавние результаты команды Hubble Space Telescope Higher-Z указывают на то, что темная энергия присутствует уже по крайней мере 9 миллиардов лет и в течение периода, предшествовавшего космическому ускорению. [ необходима ссылка ]

Природа

Природа темной энергии более гипотетична, чем природа темной материи, и многое о ней остается в области предположений. [22] Темная энергия считается очень однородной и не плотной , и, как известно, не взаимодействует ни с одной из фундаментальных сил , кроме гравитации . Поскольку она разрежена и не массивна — примерно 10−27 кг  /м3 — ее вряд ли можно обнаружить в лабораторных экспериментах. Причина, по которой темная энергия может оказывать такое глубокое влияние на вселенную, составляя 68% от плотности вселенной, несмотря на то, что она настолько разбавлена, заключается в том, что она, как полагают, равномерно заполняет пустое пространство.

Энергия вакуума , то есть пары частица-античастица, генерируемые и взаимно уничтожаемые в течение определенного периода времени в соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга в формулировке энергия-время, часто упоминалась как основной вклад в темную энергию. [23] Эквивалентность массы и энергии, постулируемая общей теорией относительности, подразумевает, что энергия вакуума должна оказывать гравитационное воздействие. Следовательно, ожидается, что энергия вакуума будет вносить вклад в космологическую постоянную , которая, в свою очередь, влияет на ускоренное расширение Вселенной . Однако проблема космологической постоянной утверждает, что существует огромное несоответствие между наблюдаемыми значениями плотности энергии вакуума и теоретически большим значением энергии нулевой точки, полученным квантовой теорией поля ; проблема остается нерешенной.

Независимо от своей истинной природы, темная энергия должна была бы иметь сильное отрицательное давление, чтобы объяснить наблюдаемое ускорение расширения Вселенной . Согласно общей теории относительности, давление внутри вещества способствует его гравитационному притяжению для других объектов так же, как и его плотность массы. Это происходит потому, что физическая величина, которая заставляет материю генерировать гравитационные эффекты, — это тензор энергии-импульса , который содержит как плотность энергии (или материи) вещества, так и его давление. В метрике Фридмана–Леметра–Робертсона–Уокера можно показать, что сильное постоянное отрицательное давление ( т. е. натяжение) во всей Вселенной вызывает ускорение расширения, если Вселенная уже расширяется, или замедление сжатия, если Вселенная уже сжимается. Этот эффект ускоренного расширения иногда называют «гравитационным отталкиванием».

Техническое определение

В стандартной космологии вселенная состоит из трех компонентов: материи, излучения и темной энергии. Эта материя — это все, чья плотность энергии масштабируется обратно пропорционально кубу масштабного фактора, то есть ρ  ∝  a −3 , в то время как излучение — это все, чья плотность энергии масштабируется обратно пропорционально четвертой степени масштабного фактора ( ρ  ∝  a −4 ). Это можно понять интуитивно: для обычной частицы в кубической коробке удвоение длины ребра коробки уменьшает плотность (и, следовательно, плотность энергии) в восемь раз (2 3 ). Для излучения уменьшение плотности энергии больше, потому что увеличение пространственного расстояния также вызывает красное смещение. [24]

Последний компонент — темная энергия: она является внутренним свойством пространства и имеет постоянную плотность энергии, независимо от размеров рассматриваемого объема ( ρ  ∝  a 0 ). Таким образом, в отличие от обычной материи, она не разбавляется расширением пространства.

Доказательства существования

Доказательства существования темной энергии косвенные, но получены из трех независимых источников:

Сверхновые

Сверхновая типа Ia (яркое пятно внизу слева) вблизи NGC 4526

В 1998 году группа поиска сверхновых High-Z [18] опубликовала наблюдения сверхновых типа Ia («one-A») . В 1999 году проект «Космология сверхновых» [19] предположил, что расширение Вселенной ускоряется . [26] Нобелевская премия по физике 2011 года была присуждена Солу Перлмуттеру , Брайану П. Шмидту и Адаму Г. Риссу за их лидерство в открытии. [27] [28]

С тех пор эти наблюдения были подтверждены несколькими независимыми источниками. Измерения космического микроволнового фона , гравитационного линзирования и крупномасштабной структуры космоса , а также улучшенные измерения сверхновых согласуются с моделью Лямбда-CDM . [29] Некоторые утверждают, что единственными указаниями на существование темной энергии являются наблюдения за измерениями расстояний и связанными с ними красными смещениями. Анизотропия космического микроволнового фона и барионные акустические колебания служат только для демонстрации того, что расстояния до заданного красного смещения больше, чем можно было бы ожидать от «пыльной» вселенной Фридмана-Лемэтра и локальной измеренной постоянной Хаббла. [30]

Сверхновые полезны для космологии, потому что они являются превосходными стандартными свечами на космологических расстояниях. Они позволяют исследователям измерять историю расширения Вселенной, рассматривая соотношение между расстоянием до объекта и его красным смещением , которое показывает, насколько быстро он удаляется от нас. Соотношение приблизительно линейное, согласно закону Хаббла . Измерить красное смещение относительно легко, но найти расстояние до объекта сложнее. Обычно астрономы используют стандартные свечи: объекты, для которых известна внутренняя яркость, или абсолютная величина . Это позволяет измерять расстояние до объекта по его фактической наблюдаемой яркости, или видимой величине . Сверхновые типа Ia являются наиболее известными стандартными свечами на космологических расстояниях из-за их экстремальной и постоянной светимости .

Недавние наблюдения сверхновых согласуются с представлением о том, что Вселенная на 71,3% состоит из темной энергии и на 27,4% из комбинации темной материи и барионной материи . [31]

Крупномасштабная структура

Теория крупномасштабной структуры , которая управляет образованием структур во Вселенной ( звезд , квазаров , галактик , а также групп и скоплений галактик ), также предполагает, что плотность материи во Вселенной составляет всего 30% от критической плотности.

Обзор 2011 года, обзор галактик WiggleZ, охватывающий более 200 000 галактик, предоставил дополнительные доказательства существования темной энергии, хотя точная физика, стоящая за этим, остается неизвестной. [32] [33] Обзор WiggleZ Австралийской астрономической обсерватории сканировал галактики, чтобы определить их красное смещение. Затем, используя тот факт, что барионные акустические колебания регулярно оставляли пустоты диаметром ≈150 Мпк, окруженные галактиками, пустоты использовались в качестве стандартных линеек для оценки расстояний до галактик до 2000 Мпк (красное смещение 0,6), что позволило точно оценить скорости галактик по их красному смещению и расстоянию. Данные подтвердили космическое ускорение до половины возраста Вселенной (7 миллиардов лет) и ограничили его неоднородность до 1 части из 10. [33] Это подтверждает космическое ускорение, независимое от сверхновых.

Космический микроволновый фон

Предполагаемое разделение общей энергии во Вселенной на материю, темную материю и темную энергию на основе пятилетних данных WMAP. [34]

Существование темной энергии, в какой бы то ни было форме, необходимо для согласования измеренной геометрии пространства с общим количеством материи во Вселенной. Измерения анизотропии космического микроволнового фона показывают, что Вселенная близка к плоской . Чтобы форма Вселенной была плоской, плотность массы-энергии Вселенной должна быть равна критической плотности . Общее количество материи во Вселенной (включая барионы и темную материю ), измеренное по спектру космического микроволнового фона, составляет всего около 30% критической плотности. Это подразумевает существование дополнительной формы энергии, которая учитывает оставшиеся 70%. [29] Семилетний анализ космического аппарата Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) оценил Вселенную, состоящую из 72,8% темной энергии, 22,7% темной материи и 4,5% обычной материи. [4] Работа, проделанная в 2013 году на основе наблюдений космического аппарата «Планк» за космическим микроволновым фоном, дала более точную оценку: 68,3% темной энергии, 26,8% темной материи и 4,9% обычной материи. [35]

Интегрированный эффект Сакса-Вульфа в позднем времени

Ускоренное космическое расширение приводит к тому, что гравитационные потенциальные ямы и холмы сглаживаются, когда фотоны проходят через них, создавая холодные и горячие пятна на космическом микроволновом фоне, выровненные с огромными суперпустотами и сверхскоплениями. Этот так называемый поздний интегрированный эффект Сакса-Вольфа (ISW) является прямым сигналом темной энергии в плоской Вселенной. [36] Он был отмечен с высокой значимостью в 2008 году Хо и др. [37] и Джаннантонио и др. [38]

Данные наблюдений постоянной Хаббла

Новый подход к проверке доказательств существования темной энергии с помощью наблюдательных данных постоянной Хаббла (OHD), также известных как космические хронометры, привлек значительное внимание в последние годы. [39] [40] [41] [42]

Постоянная Хаббла, H ( z ), измеряется как функция космологического красного смещения . OHD напрямую отслеживает историю расширения Вселенной, принимая пассивно развивающиеся галактики раннего типа в качестве «космических хронометров». [43] С этой точки зрения этот подход обеспечивает стандартные часы во Вселенной. Суть этой идеи заключается в измерении дифференциальной эволюции возраста как функции красного смещения этих космических хронометров. Таким образом, он обеспечивает прямую оценку параметра Хаббла

Опора на дифференциальную величину, ⁠Δz​/Δ т⁠ , приносит больше информации и привлекателен для вычислений: он может минимизировать многие общие проблемы и систематические эффекты. Анализ сверхновых и барионных акустических колебаний (BAO) основан на интегралах параметра Хаббла, тогда как ⁠Δz​/Δ т⁠ измеряет его напрямую. По этим причинам этот метод широко использовался для изучения ускоренного космического расширения и изучения свойств темной энергии. [ необходима цитата ]

Теории темной энергии

Статус темной энергии как гипотетической силы с неизвестными свойствами делает ее активным объектом исследований. Проблема рассматривается с разных сторон, например, путем изменения преобладающей теории гравитации (общей теории относительности), попытки определить свойства темной энергии и поиска альтернативных способов объяснения наблюдательных данных.

Уравнение состояния темной энергии для 4 распространенных моделей Redshift. [44]
A: модель CPL,
B: модель Джассала,
C: модель Барбозы и Альканица,
D: модель Веттериха

Космологическая постоянная

Предполагаемое распределение материи и энергии во Вселенной [45]

Самое простое объяснение темной энергии заключается в том, что это внутренняя, фундаментальная энергия пространства. Это космологическая постоянная, обычно представляемая греческой буквой Λ (лямбда, отсюда и название модель Лямбда-CDM ). Поскольку энергия и масса связаны согласно уравнению E = mc2 , общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что эта энергия будет иметь гравитационный эффект. Иногда ее называют энергией вакуума , потому что это плотность энергии пустого пространства – вакуума .

Основная нерешенная проблема заключается в том, что те же самые квантовые теории поля предсказывают огромную космологическую постоянную , примерно  на 120 порядков больше. Это должно быть почти, но не точно, отменено столь же большим членом противоположного знака. [12]

Некоторые суперсимметричные теории требуют космологической постоянной, которая равна точно нулю. [46] Кроме того, неизвестно, существует ли метастабильное вакуумное состояние в теории струн с положительной космологической постоянной, [47] и Ульф Даниэльссон и др. предположили , что такого состояния не существует. [48] Эта гипотеза не исключает другие модели темной энергии, такие как квинтэссенция, которые могли бы быть совместимы с теорией струн. [47]

Квинтэссенция

В моделях квинтэссенции темной энергии наблюдаемое ускорение масштабного фактора вызвано потенциальной энергией динамического поля , называемого полем квинтэссенции. Квинтэссенция отличается от космологической постоянной тем, что она может изменяться в пространстве и времени. Чтобы она не слипалась и не образовывала структуру, подобную материи, поле должно быть очень легким, чтобы иметь большую длину волны Комптона . В простейших сценариях поле квинтэссенции имеет канонический кинетический член, минимально связано с гравитацией и не имеет операций более высокого порядка в своем лагранжиане.

Никаких доказательств существования квинтэссенции пока не получено, и она не была исключена. Обычно она предсказывает немного более медленное ускорение расширения Вселенной, чем космологическая постоянная. Некоторые ученые считают, что лучшим доказательством квинтэссенции были бы нарушения принципа эквивалентности Эйнштейна и изменение фундаментальных констант в пространстве или времени. [49] Скалярные поля предсказываются Стандартной моделью физики элементарных частиц и теорией струн , но возникает проблема, аналогичная проблеме космологической постоянной (или проблеме построения моделей космологической инфляции ): теория перенормировки предсказывает, что скалярные поля должны приобретать большие массы.

Проблема совпадений спрашивает, почему ускорение Вселенной началось именно тогда. Если бы ускорение началось раньше во Вселенной, то такие структуры, как галактики, никогда бы не успели сформироваться, и жизнь, по крайней мере, такой, какой мы ее знаем, никогда бы не имела шанса существовать. Сторонники антропного принципа рассматривают это как поддержку своих аргументов. Однако многие модели квинтэссенции имеют так называемое «трекерное» поведение, которое решает эту проблему. В этих моделях поле квинтэссенции имеет плотность, которая близко отслеживает (но меньше) плотность излучения до тех пор, пока не наступит равенство материи и излучения , что заставляет квинтэссенцию вести себя как темная энергия, в конечном итоге доминируя во Вселенной. Это естественным образом устанавливает низкую шкалу энергии темной энергии. [50] [51]

В 2004 году, когда ученые сопоставили эволюцию темной энергии с космологическими данными, они обнаружили, что уравнение состояния , возможно, пересекло границу космологической постоянной (w = −1) сверху вниз. Была доказана теорема о невозможности перехода , что этот сценарий требует моделей по крайней мере с двумя типами квинтэссенции. Этот сценарий — так называемый сценарий Квинтома . [52]

Некоторые особые случаи квинтэссенции — это фантомная энергия , в которой плотность энергии квинтэссенции на самом деле увеличивается со временем, и k-эссенция (сокращение от кинетическая квинтэссенция), которая имеет нестандартную форму кинетической энергии , такую ​​как отрицательная кинетическая энергия . [53] Они могут иметь необычные свойства: фантомная энергия , например, может вызвать Большой Разрыв .

Группа исследователей в 2021 году утверждала, что наблюдения за напряжением Хаббла могут означать, что жизнеспособны только модели квинтэссенции с ненулевой константой связи . [54]

Взаимодействие темной энергии

Этот класс теорий пытается предложить всеобъемлющую теорию как темной материи, так и темной энергии как единого явления, которое изменяет законы гравитации в различных масштабах. Это могло бы, например, рассматривать темную энергию и темную материю как разные грани одной и той же неизвестной субстанции [55] или постулировать, что холодная темная материя распадается на темную энергию. [56] Другой класс теорий, объединяющих темную материю и темную энергию, предлагается считать ковариантными теориями модифицированных гравитаций. Эти теории изменяют динамику пространства-времени таким образом, что измененная динамика вытекает из того, что было приписано присутствию темной энергии и темной материи. [57] Темная энергия в принципе может взаимодействовать не только с остальной частью темного сектора, но и с обычной материей. Однако одной космологии недостаточно, чтобы эффективно ограничить силу связи между темной энергией и барионами, поэтому необходимо применять другие косвенные методы или лабораторные поиски. [58] В начале 2020-х годов было высказано краткое предположение, что избыток, наблюдаемый в детекторе XENON1T в Италии, мог быть вызван хамелеонной моделью темной энергии, но дальнейшие эксперименты опровергли эту возможность. [59] [60]

Модели переменной темной энергии

Плотность темной энергии могла меняться со временем в течение истории Вселенной. Современные данные наблюдений позволяют нам оценить современную плотность темной энергии. Используя барионные акустические колебания , можно исследовать влияние темной энергии в истории Вселенной и ограничить параметры уравнения состояния темной энергии. С этой целью было предложено несколько моделей. Одной из самых популярных моделей является модель Шевалье–Полярского–Линдера (CPL). [61] [62] Некоторые другие распространенные модели: Barboza & Alcaniz (2008), [63] Jassal et al. (2005), [64] Wetterich. (2004), [65] и Oztas et al. (2018). [66] [67]

Возможное снижение уровня

Исследователи, использующие спектроскопический прибор темной энергии (DESI) для создания самой большой трехмерной карты Вселенной по состоянию на 2024 год, [68] получили историю расширения с точностью более 1%. С учетом этого уровня детализации директор DESI Майкл Леви заявил:

Мы также видим некоторые потенциально интересные различия, которые могут указывать на то, что темная энергия эволюционирует с течением времени. Они могут исчезнуть или не исчезнуть с появлением новых данных, поэтому мы с нетерпением ждем возможности начать анализировать наш трехлетний набор данных в ближайшее время. [69]

Наблюдательный скептицизм

Некоторые альтернативы темной энергии, такие как неоднородная космология , направлены на объяснение наблюдательных данных путем более точного использования устоявшихся теорий. В этом сценарии темная энергия на самом деле не существует и является всего лишь артефактом измерения. Например, если мы находимся в более пустой, чем в среднем, области пространства, наблюдаемая скорость космического расширения может быть ошибочно принята за изменение во времени или ускорение. [70] [71] [72] [73] Другой подход использует космологическое расширение принципа эквивалентности , чтобы показать, как пространство может казаться расширяющимся быстрее в пустотах, окружающих наше локальное скопление. Хотя такие эффекты слабы, рассматриваемые кумулятивно в течение миллиардов лет, они могут стать значительными, создавая иллюзию космического ускорения и создавая впечатление, что мы живем в пузыре Хаббла . [74] [75] [76] Другие возможности заключаются в том, что ускоренное расширение Вселенной является иллюзией, вызванной относительным движением нас к остальной части Вселенной, [77] [78] или что используемые статистические методы были несовершенны. [79] [80] Попытка прямого обнаружения в лабораторных условиях не смогла обнаружить никакой силы, связанной с темной энергией. [81]

Объяснения темной энергии с точки зрения наблюдательного скептицизма в целом не получили особой поддержки среди космологов. Например, статья, в которой предполагалось, что анизотропия локальной Вселенной была неверно представлена ​​как темная энергия [82], была быстро опровергнута другой статьей, в которой утверждалось об ошибках в исходной статье. [83] Другое исследование, подвергающее сомнению существенное предположение о том, что светимость сверхновых типа Ia не меняется с возрастом звездного населения [84] [85], также было быстро опровергнуто другими космологами. [86]

Как общий релятивистский эффект, вызванный черными дырами

Эта теория была сформулирована исследователями из Гавайского университета в Маноа в феврале 2023 года. Идея заключается в том, что если потребовать, чтобы метрика Керра (описывающая вращающиеся черные дыры) асимптотировалась к метрике Фридмана-Робертсона-Уокера (описывающей изотропную и однородную вселенную, которая является основным предположением современной космологии), то можно обнаружить, что черные дыры набирают массу по мере расширения вселенной. Скорость измеряется как ∝ a 3 , где a — масштабный коэффициент . Эта конкретная скорость означает, что плотность энергии черных дыр остается постоянной с течением времени, имитируя темную энергию (см. Dark_energy#Technical_definition). Теория называется «космологической связью», потому что черные дыры связаны с космологическим требованием. [87] Другие астрофизики настроены скептически, [88] в ряде статей утверждается, что теория не может объяснить другие наблюдения. [89] [90]

Другой механизм, приводящий в движение ускорение

Измененная гравитация

Доказательства темной энергии в значительной степени зависят от общей теории относительности. Поэтому можно предположить, что модификация общей теории относительности также устраняет необходимость в темной энергии. Существует много таких теорий, и исследования продолжаются. [91] [92] Измерение скорости гравитации в первой гравитационной волне, измеренное негравитационными средствами ( GW170817 ), исключило многие модифицированные теории гравитации как объяснения темной энергии. [93] [94] [95]

Астрофизик Итан Сигел утверждает, что, хотя такие альтернативы получают широкое освещение в прессе, почти все профессиональные астрофизики уверены, что темная энергия существует и что ни одна из конкурирующих теорий не может успешно объяснить наблюдения с той же степенью точности, что и стандартная темная энергия. [96]

Нелинейности уравнений общей теории относительности

Модель GRSI объясняет ускоренное расширение Вселенной подавлением гравитации на большом расстоянии. [97] Такое подавление является следствием увеличения энергии связи внутри галактики из-за самовзаимодействия полей общей теории относительности. Увеличенное связывание требует, в силу сохранения энергии , подавления гравитационного притяжения за пределами указанной галактики. Подавление происходит вместо темной энергии. Это аналогично центральной феноменологии сильного ядерного взаимодействия , где самовзаимодействие полей глюонов резко усиливает связывание кварков, в конечном итоге приводя к их ограничению . Это, в свою очередь, подавляет сильное ядерное взаимодействие за пределами адронов .

Последствия для судьбы Вселенной

Космологи подсчитали, что ускорение началось примерно 5 миллиардов лет назад. [98] [a] До этого считалось, что расширение замедлялось из-за притягивающего влияния материи. Плотность темной материи в расширяющейся Вселенной уменьшается быстрее, чем темная энергия, и в конечном итоге темная энергия доминирует. В частности, когда объем Вселенной удваивается, плотность темной материи уменьшается вдвое, но плотность темной энергии почти не меняется (она точно постоянна в случае космологической постоянной).

Проекции в будущее могут радикально различаться для разных моделей темной энергии. Для космологической постоянной или любой другой модели, которая предсказывает, что ускорение будет продолжаться бесконечно, конечным результатом будет то, что галактики за пределами Местной группы будут иметь скорость на линии прямой видимости , которая непрерывно увеличивается со временем, в конечном итоге намного превышая скорость света. [99] Это не является нарушением специальной теории относительности, поскольку понятие «скорости», используемое здесь, отличается от понятия скорости в локальной инерциальной системе отсчета , которая по-прежнему ограничена тем, чтобы быть меньше скорости света для любого массивного объекта (см. Использование надлежащего расстояния для обсуждения тонкостей определения любого понятия относительной скорости в космологии). Поскольку параметр Хаббла уменьшается со временем, на самом деле могут быть случаи, когда галактика, которая удаляется от нас быстрее света, умудряется испустить сигнал, который в конечном итоге достигает нас. [100] [101]

Однако из-за ускоряющегося расширения прогнозируется, что большинство галактик в конечном итоге пересекут тип космологического горизонта событий , где любой свет, который они испускают после этой точки, никогда не сможет достичь нас в любое время в бесконечном будущем [102], потому что свет никогда не достигает точки, где его «особая скорость» по направлению к нам превышает скорость расширения от нас (эти два понятия скорости также обсуждаются в разделе « Использование надлежащего расстояния »). Если предположить, что темная энергия постоянна ( космологическая постоянная ), то текущее расстояние до этого космологического горизонта событий составляет около 16 миллиардов световых лет, что означает, что сигнал от события, происходящего в настоящее время, в конечном итоге сможет достичь нас в будущем, если событие находится на расстоянии менее 16 миллиардов световых лет, но сигнал никогда не достигнет нас, если событие находится на расстоянии более 16 миллиардов световых лет. [101]

По мере того, как галактики приближаются к точке пересечения этого космологического горизонта событий, свет от них будет становиться все более и более смещенным в красную область , до точки, где длина волны станет слишком большой для практического обнаружения, и галактики будут казаться полностью исчезающими [103] [104] ( см. Будущее расширяющейся Вселенной ). Планета Земля, Млечный Путь и Местная группа галактик, частью которой является Млечный Путь, останутся практически нетронутыми, в то время как остальная часть Вселенной отступит и исчезнет из виду. В этом сценарии Местная группа в конечном итоге пострадает от тепловой смерти , как и предполагалось для плоской, в которой доминирует материя, Вселенной до измерений космического ускорения . [ требуется ссылка ]

Существуют и другие, более спекулятивные идеи о будущем Вселенной. Модель фантомной энергии темной энергии приводит к расходящемуся расширению, что означало бы, что эффективная сила темной энергии продолжает расти, пока не станет доминировать над всеми другими силами во Вселенной. Согласно этому сценарию, темная энергия в конечном итоге разорвет все гравитационно связанные структуры, включая галактики и солнечные системы, и в конечном итоге преодолеет электрические и ядерные силы, чтобы разорвать сами атомы, закончив Вселенную в « Большом разрыве ». С другой стороны, темная энергия может со временем рассеяться или даже стать притягивающей. Такие неопределенности оставляют открытой возможность того, что гравитация в конечном итоге возобладает и приведет к Вселенной, которая сожмется сама в себе в « Большом сжатии », [105] или что может даже существовать цикл темной энергии, что подразумевает циклическую модель Вселенной , в которой каждая итерация ( Большой взрыв , а затем в конечном итоге Большое сжатие ) занимает около триллиона (10 12 ) лет. [106] [107] Хотя ни одно из этих предположений не подтверждается наблюдениями, они не исключаются. [ необходима ссылка ]

В философии науки

Астрофизик Дэвид Мерритт определяет темную энергию как пример «вспомогательной гипотезы», ad hoc постулата, который добавляется к теории в ответ на наблюдения, которые ее фальсифицируют . Он утверждает, что гипотеза темной энергии является конвенционалистской гипотезой, то есть гипотезой, которая не добавляет никакого эмпирического содержания и, следовательно, нефальсифицируема в том смысле, который определил Карл Поппер . [108] Однако его мнение не принимается большинством физиков. [109]

Смотрите также

Примечания

  1. ↑ Взято из Frieman, Turner, & Huterer (2008): [98] : 6, 44 

    Вселенная прошла через три различные эпохи:

    Радиационно-доминируемый, z ≳ 3000  ; 
    С преобладанием материи, 3000 ≳ z ≳ 0,5  ; и 
    С преобладанием темной энергии, 0,5 ≳ z . 

    Эволюция масштабного фактора контролируется доминирующей формой энергии:

    (для постоянного   w  ). В эпоху доминирования радиации

    в эпоху доминирования материи,

    и для эпохи доминирования темной энергии, предполагая w ≃ −1 асимптотически    

    [98] : 6 

    В совокупности все имеющиеся данные дают убедительные доказательства существования темной энергии; они ограничивают долю критической плотности, вносимую темной энергией, 0,76 ± 0,02, и параметр уравнения состояния:

      w ≈ −1 ± 0,1 [стат.] ± 0,1 [сис.] ,

    предполагая, что   w   является постоянным. Это означает, что Вселенная начала ускоряться при красном смещении z ~ 0,4   и возрасте t ~ 10 млрд лет . Эти результаты надежны — данные из любого метода могут быть удалены без ущерба для ограничений — и они не будут существенно ослаблены отказом от предположения о пространственной плоскостности. [98] : 44    

Ссылки

  1. ^ Idicherian Lonappan, Anto; Kumar, Sumit; R, Ruchika; Ananda Sen, Anjan (21 февраля 2018 г.). «Байесовские доказательства моделей темной энергии в свете текущих наблюдательных данных». Physical Review D. 97 ( 4): 043524. arXiv : 1707.00603 . Bibcode : 2018PhRvD..97d3524L. doi : 10.1103/PhysRevD.97.043524. S2CID  119249858.
  2. ^ Ade, PAR; Aghanim, N .; Alves, MIR; et al. (Planck Collaboration) (22 марта 2013 г.). "Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results – Table 9". Astronomy and Astrophysics . 571 : A1. arXiv : 1303.5062 . Bibcode :2014A&A...571A...1P. doi :10.1051/0004-6361/201321529. S2CID  218716838.
  3. ^ Ade, PAR; Aghanim, N .; Alves, MIR; et al. (Planck Collaboration) (31 марта 2013 г.). "Planck 2013 Results Papers". Astronomy and Astrophysics . 571 : A1. arXiv : 1303.5062 . Bibcode : 2014A&A...571A...1P. doi : 10.1051/0004-6361/201321529. S2CID  218716838. Архивировано из оригинала 23 марта 2013 г.
  4. ^ ab "Первые результаты Планка: Вселенная все еще странная и интересная". 21 марта 2013 г. Архивировано из оригинала 2 мая 2019 г. Получено 14 июня 2017 г.
  5. ^ Шон Кэрролл, доктор философии, Калтех, 2007, The Teaching Company, Темная материя, Темная энергия: Темная сторона Вселенной , Руководство Часть 2. стр. 46. Получено 7 октября 2013 г., "...темная энергия: ровный, постоянный компонент невидимой энергии, который, как полагают, составляет около 70 процентов плотности энергии Вселенной. Темная энергия ровная, потому что она не накапливается преимущественно в галактиках и скоплениях..."
  6. ^ Steinhardt, Paul J.; Turok, Neil (2006). «Почему космологическая постоянная мала и положительна». Science . 312 (5777): 1180–1183. arXiv : astro-ph/0605173 . Bibcode :2006Sci...312.1180S. doi :10.1126/science.1126231. PMID  16675662. S2CID  14178620.
  7. ^ "Темная энергия". Гиперфизика . Архивировано из оригинала 27 мая 2013 года . Получено 4 января 2014 года .
  8. ^ Феррис, Тимоти (январь 2015 г.). "Темная материя (Темная энергия)". National Geographic Magazine . Архивировано из оригинала 10 июня 2015 г. Получено 10 июня 2015 г.
  9. ^ Overbye, Dennis (20 февраля 2017 г.). «Cosmos Controversy: The Universe Is Expanding, but How Fast?» . The New York Times . Архивировано из оригинала 4 апреля 2019 г. . Получено 21 февраля 2017 г. .
  10. ^ Peebles, PJE; Ratra, Bharat (2003). «Космологическая постоянная и темная энергия». Reviews of Modern Physics . 75 (2). Американское физическое общество: 559–606. arXiv : astro-ph/0207347 . Bibcode : 2003RvMP...75..559P . doi : 10.1103/RevModPhys.75.559 . S2CID  118961123.
  11. ^ Куксон, Клайв (3 июня 2011 г.). «Лунные находки мутят воду». Financial Times . Архивировано из оригинала 22 ноября 2016 г. Получено 21 ноября 2016 г.
  12. ^ ab Carroll, Sean (2001). "Космологическая постоянная". Living Reviews in Relativity . 4 (1): 1. arXiv : astro-ph/0004075 . Bibcode : 2001LRR.....4....1C . doi : 10.12942/lrr-2001-1 . PMC 5256042 . PMID  28179856. Архивировано из оригинала 13 октября 2006 г. Получено 28 сентября 2006 г. 
  13. ^ Харви, Алекс (2012). «Как Эйнштейн открыл темную энергию». arXiv : 1211.6338 [physics.hist-ph].
  14. ^ "Том 7: Берлинские годы: сочинения, 1918-1921 (дополнение к английскому переводу), страница 31". einsteinpapers.press.princeton.edu . Получено 18 сентября 2023 г. .
  15. ^ O'Raifeartaigh, C.; O'Keeffe, M.; Nahm, W.; Mitton, S. (2017). «Статическая модель Вселенной Эйнштейна 1917 года: обзор столетия». Eur. Phys. J. (H) 42: 431–474.
  16. ^ "Темная энергия, темная материя". Science Mission Directorate . Архивировано из оригинала 5 ноября 2020 года . Получено 17 сентября 2022 года .
  17. ^ Гамов, Джордж (1970) Моя мировая линия: неформальная автобиография . стр. 44: «Много позже, когда я обсуждал космологические проблемы с Эйнштейном, он заметил, что введение космологического члена было самой большой ошибкой, которую он когда-либо совершал в своей жизни». – Здесь «космологический член» относится к космологической постоянной в уравнениях общей теории относительности, значение которой Эйнштейн изначально выбрал, чтобы гарантировать, что его модель Вселенной не будет ни расширяться, ни сжиматься; если бы он этого не сделал, он мог бы теоретически предсказать универсальное расширение, которое впервые наблюдал Эдвин Хаббл.
  18. ^ ab Riess, Adam G. ; Filippenko; Challis; Clocchiatti; Diercks; Garnavich; Gilliland; Hogan; Jha; Kirshner; Leibundgut; Phillips; Reiss; Schmidt; Schommer; Smith; Spyromilio; Stubbs; Suntzeff; Tonry (1998). "Наблюдательные свидетельства сверхновых для ускоряющейся Вселенной и космологической постоянной". Astronomical Journal . 116 (3): 1009–1038. arXiv : astro-ph/9805201 . Bibcode : 1998AJ....116.1009R . doi : 10.1086/300499 . S2CID 15640044 . 
  19. ^ аб Перлмуттер, С .; Альдеринг; Гольдхабер; Кноп; Ньюджент; Кастро; Деустуа; Фаббро; Губар; Жених; Крюк; Ким; Ким; Ли; Нуньес; Боль; Пеннипакер; Куимби; Лидман; Эллис; Ирвин; МакМахон; Руис-Лапуэнте; Уолтон; Шефер; Бойл; Филиппенко; Мэтисон; Фрухтер; и др. (1999). «Измерения Омеги и Лямбды по 42 сверхновым с большим красным смещением». Астрофизический журнал . 517 (2): 565–586. arXiv : astro-ph/9812133 . Бибкод : 1999ApJ...517..565P . дои : 10.1086/307221 . S2CID  118910636.
  20. ^ Термин «темная энергия» впервые появился в статье другого космолога и ученика Тернера в то время, Драгана Хутерера, «Перспективы исследования темной энергии с помощью измерений расстояний до сверхновых», которая была размещена в архиве электронных печатных изданий ArXiv.org в августе 1998 г. Архивировано 22 июня 2017 г. на Wayback Machine и опубликовано в Huterer, D.; Turner, M. (1999). «Перспективы исследования темной энергии с помощью измерений расстояний до сверхновых». Physical Review D . 60 (8): 081301. arXiv : astro-ph/9808133 . Bibcode :1999PhRvD..60h1301H. doi :10.1103/PhysRevD.60.081301. S2CID  12777640., хотя способ, которым этот термин там трактуется, предполагает, что он уже был общеупотребительным. Космолог Сол Перлмуттер приписал Тернеру создание этого термина в статье, заархивированной 11 августа 2006 года в Wayback Machine, которую они написали вместе с Мартином Уайтом, где он представлен в кавычках, как если бы это был неологизм. Перлмуттер, С.; Тернер, М.; Уайт, М. (1999). "Ограничение темной энергии с помощью сверхновых типа Ia и крупномасштабной структуры". Physical Review Letters . 83 (4): 670–673. arXiv : astro-ph/9901052 . Bibcode :1999PhRvL..83..670P. doi :10.1103/PhysRevLett.83.670. S2CID  119427069.
  21. ^ Астье, Пьер ( Обзор наследия сверхновых ); Парень; Реньо; Боль; Обур; Балам; Баса; Карлберг; Фаббро; Фуше; Крюк; Хауэлл; Лафу; Нил; Паланк-Делабруй; Перретт; Притчет; Богатый; Салливан; хвостик; Альдеринг; Антилогус; Арсеньевич; Балланд; Бомонт; Брондер; Куртуа; Эллис; Филиол; и др. (2006). «Обзор наследия сверхновой: измерение Ω M , Ω Λ и W на основе набора данных первого года». Астрономия и астрофизика . 447 (1): 31–48. arXiv : astro-ph/0510447 . Бибкод : 2006A&A...447...31A. дои : 10.1051/0004-6361:20054185. S2CID  119344498.
  22. ↑ Overbye, Dennis (22 июля 2003 г.). «Астрономы сообщают о доказательствах расщепления Вселенной «темной энергией»». The New York Times . Архивировано из оригинала 26 июня 2015 г. Получено 5 августа 2015 г.
  23. ^ Rugh, SE; Zinkernagel, H. (2002). "Квантовый вакуум и проблема космологической постоянной". Исследования по истории и философии науки Часть B: Исследования по истории и философии современной физики . 33 (4): 663–705. arXiv : hep-th/0012253 . Bibcode :2002SHPMP..33..663R. doi :10.1016/S1355-2198(02)00033-3. S2CID  9007190. Архивировано из оригинала 30 ноября 2010 г. Получено 29 октября 2022 г.
  24. ^ Бауманн, Дэниел. «Космология: Часть III Математические трипосы, Кембриджский университет» (PDF) . стр. 21−22. Архивировано из оригинала (PDF) 2 февраля 2017 г. . Получено 31 января 2017 г. .
  25. ^ Дюррер, Р. (2011). «Что мы на самом деле знаем о темной энергии?». Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 369 (1957): 5102–5114. arXiv : 1103.5331 . Bibcode : 2011RSPTA.369.5102D. doi : 10.1098/rsta.2011.0285. PMID  22084297. S2CID  17562830.
  26. ^ Первая статья, в которой использовались данные наблюдений и утверждалось, что член Лямбда положительный, была Paál, G.; et al. (1992). "Inflation and compactification from galaxy redshifts?". Astrophysics and Space Science . 191 (1): 107–124. Bibcode :1992Ap&SS.191..107P. doi :10.1007/BF00644200. S2CID  116951785.
  27. ^ "Нобелевская премия по физике 2011 года". Nobel Foundation. Архивировано из оригинала 1 августа 2012 года . Получено 4 октября 2011 года .
  28. ↑ Нобелевская премия по физике 2011 г. Архивировано 4 октября 2011 г. на Wayback Machine . Перлмуттер получил половину премии, а другую половину разделили между собой Шмидт и Рисс.
  29. ^ ab Spergel, DN; et al. (сотрудничество WMAP) (июнь 2007 г.). "Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) three year results: implications for cosmology" (PDF) . Серия приложений к Astrophysical Journal . 170 (2): 377–408. arXiv : astro-ph/0603449 . Bibcode :2007ApJS..170..377S. CiteSeerX 10.1.1.472.2550 . doi :10.1086/513700. S2CID  1386346. Архивировано (PDF) из оригинала 6 апреля 2020 г. . Получено 26 декабря 2019 г. . 
  30. ^ Дюррер, Р. (2011). «Что мы на самом деле знаем о темной энергии?». Philosophical Transactions of the Royal Society A. 369 ( 1957): 5102–5114. arXiv : 1103.5331 . Bibcode : 2011RSPTA.369.5102D. doi : 10.1098/rsta.2011.0285. PMID  22084297. S2CID  17562830.
  31. ^ Ковальски, Марек; Рубин, Дэвид; Олдеринг, Г.; Агостиньо, Р.Дж.; Амадон, А.; Аманулла, Р.; Балланд, К.; Барбари, К.; Блан, Г.; Чаллис, П.Дж.; Конли, А.; Коннолли, Невада; Коваррубиас, Р.; Доусон, Канзас; Деустуа, ЮВ; Эллис, Р.; Фаббро, С.; Фадеев В.; Фан, Х.; Фаррис, Б.; Фолателли, Г.; Фрай, БЛ; Гаравини, Г.; Гейтс, Эл.; Германия, Л.; Гольдхабер, Г.; Гольдман, Б.; Губар, А.; Грум, Делавэр; и др. (27 октября 2008 г.). «Улучшенные космологические ограничения на основе новых, старых и комбинированных наборов данных о сверхновых». Астрофизический журнал . 686 (2): 749–778. arXiv : 0804.4142 . Bibcode :2008ApJ...686..749K. doi :10.1086/589937. S2CID  119197696.Они находят наилучшее значение плотности темной энергии , Ω Λ, равное 0,713+0,027–0,029( stat )+0,036–0,039( sys ), для общей плотности материи , Ω M , равное 0,274+0,016–0,016(stat)+0,013–0,012(sys) с параметром уравнения состояния w, равным −0,969+0,059–0,063(stat)+0,063–0,066(sys).
  32. ^ "Новый метод 'подтверждает темную энергию'". BBC News . 19 мая 2011 г. Архивировано из оригинала 15 июня 2018 г. Получено 21 июля 2018 г.
  33. ^ ab Темная энергия реальна Архивировано 25 мая 2011 г. в Wayback Machine , Технологический университет Суинберна, 19 мая 2011 г.
  34. ^ "Content of the Universe – Pie Chart". Зонд микроволновой анизотропии Уилкинсона . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Архивировано из оригинала 18 августа 2018 года . Получено 9 января 2018 года .
  35. ^ "Послесвечение Большого взрыва показывает, что Вселенная на 80 миллионов лет старше, чем ученые сначала считали". The Washington Post . Архивировано из оригинала 22 марта 2013 года . Получено 22 марта 2013 года .
  36. ^ Криттенден; Нил Турок (1996). «В поисках $\Lambda$ с эффектом Риза-Сиамы». Physical Review Letters . 76 (4): 575–578. arXiv : astro-ph/9510072 . Bibcode : 1996PhRvL..76..575C. doi : 10.1103/PhysRevLett.76.575. PMID  10061494. S2CID  119012700.
  37. ^ Хо, Ширли; Хирата; Падманабхан, Нихил; Селджак, Урос; Бахколл, Нета (2008). "Корреляция космического микроволнового фона с крупномасштабной структурой: I. ISW-томография и космологические последствия". Physical Review D. 78 ( 4): 043519. arXiv : 0801.0642 . Bibcode : 2008PhRvD..78d3519H. doi : 10.1103/PhysRevD.78.043519. S2CID  38383124.
  38. ^ Джаннантонио, Томмазо; Скрантон, Райан; Криттенден; Никол; Боун; Майерс; Ричардс (2008). «Комбинированный анализ интегрированного эффекта Сакса–Вольфа и космологические последствия». Physical Review D. 77 ( 12): 123520. arXiv : 0801.4380 . Bibcode : 2008PhRvD..77l3520G. doi : 10.1103/PhysRevD.77.123520. S2CID  21763795.
  39. ^ Yi, Zelong; Zhang, Tongjie (2007). «Ограничения на голографические модели темной энергии с использованием дифференциального возраста пассивно эволюционирующих галактик». Modern Physics Letters A. 22 ( 1): 41–54. arXiv : astro-ph/0605596 . Bibcode : 2007MPLA...22...41Y. doi : 10.1142/S0217732307020889. S2CID  8220261.
  40. ^ Wan, Haoyi; Yi, Zelong; Zhang, Tongjie; Zhou, Jie (2007). «Ограничения на Вселенную DGP с использованием наблюдательного параметра Хаббла». Physics Letters B . 651 (5): 1368–1379. arXiv : 0706.2723 . Bibcode :2007PhLB..651..352W. doi :10.1016/j.physletb.2007.06.053. S2CID  119125999.
  41. ^ Ma, Cong; Zhang, Tongjie (2011). "Мощь наблюдательных данных параметров Хаббла: исследование показателя заслуги". Astrophysical Journal . 730 (2): 74. arXiv : 1007.3787 . Bibcode :2011ApJ...730...74M. doi :10.1088/0004-637X/730/2/74. S2CID  119181595.
  42. ^ Чжан, Тунцзе; Ма, Конг; Лань, Тянь (2010). «Ограничения на темной стороне Вселенной и наблюдательные данные параметров Хаббла». Advances in Astronomy . 2010 (1): 1. arXiv : 1010.1307 . Bibcode : 2010AdAst2010E..81Z. doi : 10.1155/2010/184284 . S2CID  62885316.
  43. ^ Simon, Joan; Verde, Licia; Jimenez, Raul (2005). "Ограничения на зависимость красного смещения от потенциала темной энергии". Physical Review D. 71 ( 12): 123001. arXiv : astro-ph/0412269 . Bibcode : 2005PhRvD..71l3001S. doi : 10.1103/PhysRevD.71.123001. S2CID  13215290.
  44. ^ Эхсан Садри, магистр астрофизики, Университет Азад, Тегеран
  45. ^ "Planck reveals an Almost Perfect Universe". Planck . ESA . ​​21 марта 2013 г. Архивировано из оригинала 6 декабря 2013 г. Получено 21 марта 2013 г.
  46. ^ Уэсс, Джулиус; Баггер, Джонатан (1992). Суперсимметрия и супергравитация . Princeton University Press. ISBN 978-0691025308.
  47. ^ ab Wolchover, Natalie (9 августа 2018 г.). «Темная энергия может быть несовместима с теорией струн». Quanta Magazine . Simons Foundation. Архивировано из оригинала 15 ноября 2020 г. Получено 2 апреля 2020 г.
  48. ^ Даниэльссон, Ульф; Ван Рит, Томас (апрель 2018 г.). «Что, если в теории струн нет вакуумов де Ситтера?». International Journal of Modern Physics D . 27 (12): 1830007–1830298. arXiv : 1804.01120 . Bibcode :2018IJMPD..2730007D. doi :10.1142/S0218271818300070. S2CID  119198922.
  49. ^ Кэрролл, Шон М. (1998). «Квинтэссенция и остальной мир: подавление дальних взаимодействий». Physical Review Letters . 81 (15): 3067–3070. arXiv : astro-ph/9806099 . Bibcode : 1998PhRvL..81.3067C. doi : 10.1103/PhysRevLett.81.3067. ISSN  0031-9007. S2CID  14539052.
  50. ^ Ратра, Бхарат; Пиблз, П. Дж. Э. (1988). «Космологические последствия катящегося однородного скалярного поля». Phys. Rev. D37 ( 12): 3406–3427. Bibcode : 1988PhRvD..37.3406R. doi : 10.1103/PhysRevD.37.3406 . PMID  9958635.
  51. ^ Steinhardt, Paul J.; Wang, Li-Min; Zlatev, Ivaylo (1999). "Cosmological tracking solutions". Phys. Rev. D59 ( 12): 123504. arXiv : astro-ph/9812313 . Bibcode : 1999PhRvD..59l3504S. doi : 10.1103/PhysRevD.59.123504. S2CID  40714104.
  52. ^ Cai, Yi-Fu; Saridakis, Emmanuel N.; Setare, Mohammed R.; Xia, Jun-Qing (22 апреля 2010 г.). «Космология квинтома – теоретические следствия и наблюдения». Physics Reports . 493 (1): 1–60. arXiv : 0909.2776 . Bibcode :2010PhR...493....1C. doi :10.1016/j.physrep.2010.04.001. S2CID  118866606.
  53. ^ Колдуэлл, RR (2002). «Призрачная угроза? Космологические последствия компонента темной энергии со сверхотрицательным уравнением состояния». Physics Letters B. 545 ( 1–2): 23–29. arXiv : astro-ph/9908168 . Bibcode : 2002PhLB..545...23C. doi : 10.1016/S0370-2693(02)02589-3. S2CID  9820570.
  54. ^ Кришнан, Четан; Мохаяи, Ройя; Колгайн, Эоин О; Шейх-Джаббари, ММ; Инь, Лу (16 сентября 2021 г.). «Сигнализирует ли напряжение Хаббла о разрушении космологии FLRW?». Классическая и квантовая гравитация . 38 (18): 184001. arXiv : 2105.09790 . Бибкод : 2021CQGra..38r4001K. дои : 10.1088/1361-6382/ac1a81. ISSN  0264-9381. S2CID  234790314.
  55. ^ См . темную жидкость .
  56. ^ Маркондес, Рафаэль Дж. Ф. (5 октября 2016 г.). «Взаимодействующие модели темной энергии в космологии и крупномасштабные структурные наблюдательные тесты». arXiv : 1610.01272 [astro-ph.CO].
  57. ^ Exirifard, Q. (2011). «Феноменологический ковариантный подход к гравитации». Общая теория относительности и гравитация . 43 (1): 93–106. arXiv : 0808.1962 . Bibcode :2011GReGr..43...93E. doi :10.1007/s10714-010-1073-6. S2CID  119169726.
  58. ^ Вагноцци, Санни; Визинелли, Лука; Мена, Ольга; Мота, Дэвид Ф. (2020). «Есть ли у нас надежда обнаружить рассеяние между темной энергией и барионами через космологию?». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 493 (1): 1139–1152. arXiv : 1911.12374 . Bibcode : 2020MNRAS.493.1139V. doi : 10.1093/mnras/staa311 .
  59. ^ "Новый эксперимент с темной материей опроверг более ранние намеки на новые частицы". Science News . 22 июля 2022 г. Архивировано из оригинала 26 августа 2022 г. Получено 3 августа 2022 г.
  60. ^ Aprile, E.; Abe, K.; Agostini, F.; Maouloud, S. Ahmed; Althueser, L.; Andrieu, B.; Angelino, E.; Angevaare, JR; Antochi, VC; Martin, D. Antón; Arneodo, F. (22 июля 2022 г.). "Поиск новой физики в данных об электронной отдаче от XENONnT". Physical Review Letters . 129 (16): 161805. arXiv : 2207.11330 . Bibcode : 2022PhRvL.129p1805A. doi : 10.1103/PhysRevLett.129.161805. PMID  36306777. S2CID  251040527.
  61. ^ Шевалье, М.; Полярски, Д. (2001). «Ускорение вселенных с масштабированием темной материи». International Journal of Modern Physics D. 10 ( 2): 213–224. arXiv : gr-qc/0009008 . Bibcode : 2001IJMPD..10..213C. doi : 10.1142/S0218271801000822. S2CID  16489484.
  62. ^ Линдер, Эрик В. (3 марта 2003 г.). «Исследование истории расширения Вселенной». Physical Review Letters . 90 (9): 091301. arXiv : astro-ph/0208512 . Bibcode : 2003PhRvL..90i1301L. doi : 10.1103/PhysRevLett.90.091301. PMID  12689209. S2CID  16219710.
  63. ^ Barboza, EM; Alcaniz, JS (2008). «Параметрическая модель темной энергии». Physics Letters B. 666 ( 5): 415–419. arXiv : 0805.1713 . Bibcode : 2008PhLB..666..415B. doi : 10.1016/j.physletb.2008.08.012. S2CID  118306372.
  64. ^ Jassal, HK; Bagla, JS (2010). «Понимание происхождения ограничений CMB на темную энергию». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 405 (4): 2639–2650. arXiv : astro-ph/0601389 . Bibcode : 2010MNRAS.405.2639J. doi : 10.1111/j.1365-2966.2010.16647.x . S2CID  9144993.
  65. ^ Wetterich, C. (2004). «Феноменологическая параметризация квинтэссенции». Physics Letters B. 594 ( 1–2): 17–22. arXiv : astro-ph/0403289 . Bibcode : 2004PhLB..594...17W. doi : 10.1016/j.physletb.2004.05.008. S2CID  119354763.
  66. ^ Озтас, А.; Дил, Э.; Смит, М.Л. (2018). «Изменяющаяся космологическая постоянная: новое приближение к уравнениям Фридмана и модели Вселенной». Mon. Not. R. Astron. Soc . 476 (1): 451–458. Bibcode : 2018MNRAS.476..451O. doi : 10.1093/mnras/sty221 .
  67. ^ Озтас, А. (2018). «Влияние переменной космологической постоянной на горизонт частиц». Mon. Not. R. Astron. Soc . 481 (2): 2228–2234. Bibcode : 2018MNRAS.481.2228O. doi : 10.1093/mnras/sty2375 .
  68. ^ Клоу, Дуглас; Симард, Люк, «Первые результаты обзора далеких скоплений ESO», ESO ASTROPHYSICS SYMPOSIA , Берлин/Гейдельберг: Springer-Verlag, стр. 69–74, ISBN 3-540-43769-X,
  69. ^ Клоу, Дуглас; Симард, Люк (2002), Первые результаты обзора далеких скоплений ESO, симпозиумы ESO Astrophysics, Берлин/Гейдельберг: Springer-Verlag, стр. 69–74, doi :10.1007/10856495_8, ISBN 3-540-43769-X, получено 13 апреля 2024 г.
  70. ^ Уилтшир, Дэвид Л. (2007). «Точное решение проблемы усреднения в космологии». Physical Review Letters . 99 (25): 251101. arXiv : 0709.0732 . Bibcode : 2007PhRvL..99y1101W. doi : 10.1103/PhysRevLett.99.251101. PMID  18233512. S2CID  1152275.
  71. ^ Ишак, Мустафа; Ричардсон, Джеймс; Гарред, Дэвид; Уиттингтон, Делайла; Нванкво, Энтони; Сассман, Роберто (2008). «Темная энергия или кажущееся ускорение из-за релятивистской космологической модели, более сложной, чем FLRW?». Physical Review D. 78 ( 12): 123531. arXiv : 0708.2943 . Bibcode : 2008PhRvD..78l3531I. doi : 10.1103/PhysRevD.78.123531. S2CID  118801032.
  72. ^ Мэттссон, Теппо (2010). «Темная энергия как мираж». Gen. Rel. Grav . 42 (3): 567–599. arXiv : 0711.4264 . Bibcode :2010GReGr..42..567M. doi :10.1007/s10714-009-0873-z. S2CID  14226736.
  73. ^ Клифтон, Тимоти; Феррейра, Педро (апрель 2009 г.). «Существует ли темная энергия на самом деле?». Scientific American . 300 (4): 48–55. Bibcode : 2009SciAm.300d..48C. doi : 10.1038/scientificamerican0409-48. PMID  19363920.
  74. ^ Wiltshire, D. (2008). "Космологический принцип эквивалентности и предел слабого поля". Physical Review D. 78 ( 8): 084032. arXiv : 0809.1183 . Bibcode :2008PhRvD..78h4032W. doi :10.1103/PhysRevD.78.084032. S2CID  53709630.
  75. ^ Грей, Стюарт (8 декабря 2009 г.). «Темные вопросы остаются по темной энергии». ABC Science Australia. Архивировано из оригинала 15 января 2013 г. Получено 27 января 2013 г.
  76. ^ Merali, Zeeya (март 2012 г.). «Величайшая работа Эйнштейна неверна – потому что он не зашел достаточно далеко?». Журнал Discover . Архивировано из оригинала 28 января 2013 г. Получено 27 января 2013 г.
  77. ^ Вулховер, Натали (27 сентября 2011 г.) «Ускоряющаяся Вселенная» может быть всего лишь иллюзией Архивировано 24 сентября 2020 г. в Wayback Machine , NBC News
  78. ^ Цагас, Христос Г. (2011). «Особые движения, ускоренное расширение и космологическая ось». Physical Review D. 84 ( 6): 063503. arXiv : 1107.4045 . Bibcode : 2011PhRvD..84f3503T. doi : 10.1103/PhysRevD.84.063503. S2CID  119179171.
  79. ^ Нильсен, Дж. Т.; Гуффанти, А.; Саркар, С. (21 октября 2016 г.). «Незначительное свидетельство космического ускорения от сверхновых типа Ia». Scientific Reports . 6 : 35596. arXiv : 1506.01354 . Bibcode : 2016NatSR...635596N. doi : 10.1038/srep35596. PMC 5073293 . PMID  27767125. 
  80. ^ Джиллеспи, Стюарт (21 октября 2016 г.). «Вселенная расширяется с ускорением — или нет?». Оксфордский университет — Новости и события — Научный блог ( WP:NEWSBLOG ) . Архивировано из оригинала 26 июля 2017 г. . Получено 10 августа 2017 г.
  81. ^ Sabulsky, DO; Dutta, I.; Hinds, EA; Elder, B.; Burrage, C.; Copeland, EJ (2019). «Эксперимент по обнаружению сил темной энергии с использованием атомной интерферометрии». Physical Review Letters . 123 (6): 061102. arXiv : 1812.08244 . Bibcode : 2019PhRvL.123f1102S. doi : 10.1103/PhysRevLett.123.061102. PMID  31491160. S2CID  118935116.
  82. ^ Колин, Жак; Мохайаи, Ройя; Рамиз, Мохамед; Сакар, Субир (22 июля 2019 г.). «Доказательства анизотропии космического ускорения». Астрономия и астрофизика . 631 : L13. arXiv : 1808.04597 . Bibcode : 2019A&A...631L..13C. doi : 10.1051/0004-6361/201936373. S2CID  208175643.
  83. ^ Рубин, Д.; Хайтлауф, Дж. (6 мая 2020 г.). «Расширение Вселенной ускоряется? Все признаки по-прежнему указывают на «да»: локальная дипольная анизотропия не может объяснить темную энергию». The Astrophysical Journal . 894 (1): 68. arXiv : 1912.02191 . Bibcode :2020ApJ...894...68R. doi : 10.3847/1538-4357/ab7a16 . ISSN  1538-4357. S2CID  208637339.
  84. ^ Университет Ёнсе (6 января 2020 г.). «Новые данные показывают, что ключевое предположение, сделанное при открытии темной энергии, ошибочно». Phys.org . Архивировано из оригинала 13 января 2020 г. . Получено 6 января 2020 г. .
  85. ^ Кан, Иджунг и др. (2020). «Ранние родительские галактики сверхновых типа Ia. II. Доказательства эволюции светимости в космологии сверхновых». The Astrophysical Journal . 889 (1): 8. arXiv : 1912.04903 . Bibcode : 2020ApJ...889....8K. doi : 10.3847/1538-4357/ab5afc . S2CID  209202868.
  86. ^ Gohd, Chelsea (9 января 2020 г.). «Развенчана ли темная энергия? Вероятно, нет». Space.com . Архивировано из оригинала 2 марта 2020 г. Получено 14 февраля 2020 г.
  87. ^ «Подождите... Мы наконец нашли источник темной энергии?!». MSN . Получено 4 апреля 2023 г.
  88. ^ Сигел, Итан (17 февраля 2023 г.). «Спросите Итана: могут ли черные дыры действительно вызывать темную энергию?». Начинается с взрыва.
  89. ^ Родригес, Карл Л. «Нет, черные дыры не являются источником темной энергии» . Получено 11 сентября 2023 г.
  90. ^ Ghodla, Sohan; Easther, Richard; Briel, MM; Eldridge, JJ (20 июля 2023 г.). "Наблюдательные последствия космологически связанных черных дыр". The Open Journal of Astrophysics . 6 : 25. arXiv : 2306.08199 . Bibcode : 2023OJAp....6E..25G. doi : 10.21105/astro.2306.08199. S2CID  259165172.
  91. ^ См. Сами, М.; Мырзакулов, Р. (2015). «Позднее космическое ускорение: ABCD темной энергии и модифицированные теории гравитации». International Journal of Modern Physics D . 25 (12): 1630031. arXiv : 1309.4188 . Bibcode :2016IJMPD..2530031S. doi :10.1142/S0218271816300317. S2CID  119256879.для недавнего обзора
  92. ^ Джойс, Остин; Ломбрайзер, Лукас; Шмидт, Фабиан (2016). «Темная энергия против модифицированной гравитации». Annual Review of Nuclear and Particle Science . 66 (1): 95. arXiv : 1601.06133 . Bibcode : 2016ARNPS..66...95J. doi : 10.1146/annurev-nucl-102115-044553 . S2CID  118468001.
  93. ^ Ломбрайзер, Лукас; Лима, Нельсон (2017). «Проблемы самоускорения в модифицированной гравитации из гравитационных волн и крупномасштабной структуры». Physics Letters B. 765 : 382–385. arXiv : 1602.07670 . Bibcode : 2017PhLB..765..382L. doi : 10.1016/j.physletb.2016.12.048. S2CID  118486016.
  94. ^ «Поиск разгадки теории Эйнштейна может скоро закончиться». phys.org . 10 февраля 2017 г. Архивировано из оригинала 28 октября 2017 г. Получено 29 октября 2017 г.
  95. ^ "Теоретическая битва: Темная энергия против модифицированной гравитации". Ars Technica . 25 февраля 2017 г. Архивировано из оригинала 28 октября 2017 г. Получено 27 октября 2017 г.
  96. ^ Siegel, Ethan (2018). «Что астрономы хотели бы, чтобы все знали о темной материи и темной энергии». Forbes (блог Starts With A Bang) . Архивировано из оригинала 11 апреля 2018 года . Получено 11 апреля 2018 года .
  97. ^ Deur, Alexandre (2019). «Объяснение темной материи и темной энергии, согласующееся со Стандартной моделью физики элементарных частиц и общей теорией относительности». Eur. Phys. J. C. 79 ( 10): 883. arXiv : 1709.02481 . Bibcode : 2019EPJC...79..883D. doi : 10.1140/epjc/s10052-019-7393-0.
  98. ^ abcd Фриман, Джошуа А.; Тернер, Майкл С.; Хутерер, Драган (1 января 2008 г.). «Темная энергия и ускоряющаяся Вселенная». Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 46 (1): 385–432. arXiv : 0803.0982 . Bibcode :2008ARA&A..46..385F. doi :10.1146/annurev.astro.46.060407.145243. S2CID  15117520.
  99. ^ Краусс, Лоуренс М.; Шеррер, Роберт Дж. (март 2008 г.). «Конец космологии?». Scientific American . 82. Архивировано из оригинала 19 марта 2011 г. Получено 6 января 2011 г.
  100. ^ Вселенная расширяется быстрее скорости света? Архивировано 23 ноября 2003 г. на Wayback Machine (см. последние два абзаца)
  101. ^ ab Lineweaver, Charles; Davis, Tamara M. (2005). "Заблуждения о Большом взрыве" (PDF) . Scientific American . Архивировано из оригинала (PDF) 19 июля 2011 г. . Получено 6 ноября 2008 г. .
  102. ^ Лёб, Абрахам (2002). «Долгосрочное будущее внегалактической астрономии». Physical Review D. 65 ( 4): 047301. arXiv : astro-ph/0107568 . Bibcode : 2002PhRvD..65d7301L. doi : 10.1103/PhysRevD.65.047301. S2CID  1791226.
  103. ^ Краусс, Лоуренс М.; Шеррер, Роберт Дж. (2007). «Возвращение статической Вселенной и конец космологии». Общая теория относительности и гравитация . 39 (10): 1545–1550. arXiv : 0704.0221 . Bibcode :2007GReGr..39.1545K. doi :10.1007/s10714-007-0472-9. S2CID  123442313.
  104. ^ Использование крошечных частиц для ответа на гигантские вопросы. Архивировано 6 мая 2018 г. на Wayback Machine . Наука, пятница, 3 апреля 2009 г. Согласно стенограмме, архивированной 6 мая 2018 г. на Wayback Machine , Брайан Грин делает комментарий: «И на самом деле, в далеком будущем все, что мы видим сейчас, за исключением нашей местной галактики и области галактик, исчезнет. Вся вселенная исчезнет у нас на глазах, и это один из моих аргументов в пользу фактического финансирования космологии. Мы должны сделать это, пока у нас есть шанс».
  105. ^ Как устроена Вселенная 3. Том. Конец Вселенной. Канал Discovery. 2014.
  106. ^ ""Циклическая вселенная" может объяснить космологическую постоянную". New Scientist . Получено 18 сентября 2023 г. .
  107. ^ Steinhardt, PJ ; Turok, N. (25 апреля 2002 г.). «Циклическая модель Вселенной». Science . 296 (5572): 1436–1439. arXiv : hep-th/0111030 . Bibcode :2002Sci...296.1436S. doi :10.1126/science.1070462. PMID  11976408. S2CID  1346107.
  108. ^ Мерритт, Дэвид (2017). «Космология и конвенция». Исследования по истории и философии науки Часть B: Исследования по истории и философии современной физики . 57 : 41–52. arXiv : 1703.02389 . Bibcode :2017SHPMP..57...41M. doi :10.1016/j.shpsb.2016.12.002. S2CID  119401938.
  109. ^ Хельбиг, Филлип (2020). «Sonne und Mond, или хорошее, плохое и уродливое: комментарии к дебатам между MOND и LambdaCDM». Обсерватория . 140 : 225–247. Bibcode : 2020Obs...140..225H.

Внешние ссылки