Kada je prije 20 godina postalo jasno da se širenje svemira ubrzava, znanstvenici su predstavili cjelovito, jednostavno i provjerljivo objašnjenje. No, kako je dolazilo sve više eksperimentalnih i promatračkih podataka, razlog tamne energije - vjerojatno razloga za to ubrzanje - ostao je nedostižan. Iako je tehnički ekvivalent „kozmološkoj konstanti“(ili energiji svojstvenoj samom prostoru), ne postoji način da se zaključi o njegovoj vrijednosti. Ali ako se sjetimo da se postavljanjem određenih oblika materije u prazan prostor mijenjaju sile koje djeluju na tu materiju, moguće je da tamna energija nastaje po vrlo jednostavnom principu: jer materija kao takva postoji u našem Svemiru.
Klasteriranje karte galaksija u našem Svemiru. Prisutnost ovih struktura može objasniti prisutnost i snagu tamne energije u cijelosti.
Većina sila i pojava ima podrijetlo koje je lako otkriti. Dva masivna objekta doživljavaju silu gravitacije zbog činjenice da je svemir vrijeme iskrivljen zbog prisutnosti materije i energije. Svemir se proširio jer ima svoju povijest promjena gustoće energije u svemiru i početne uvjete za širenje. A sve čestice u Svemiru djeluju na određeni način zahvaljujući dobro poznatim pravilima kvantne teorije polja i razmjeni vektorskih bozona. Od najmanjih subatomskih čestica do najvećih skala djeluju iste sile koje pokreću bozone i galaksije.
Jaka interakcija do koje dolazi zbog prisutnosti "promjene boje" i razmjene gluona drži jezgre atoma zajedno
Čak i najtajanstvenije pojave u svojoj srži sadrže objašnjenja koja su dobro razumljiva. Ne znamo zašto u Svemiru ima više materije nego antimaterije, ali znamo da su za to potrebni uvjeti - kršenje broja barijona, kršenje C i CP. Ne znamo kakva je priroda tamne materije, ali njezina opća svojstva, gdje se nalazi i kako se grozdi, sve je dobro razumljivo. Također ne znamo da li crne rupe čuvaju podatke ili ne, ali razumijemo konačno i početno stanje tih objekata, kao i kako se oni rađaju i što se s vremenom događa s njihovim horizontima događaja.
Ilustracija crne rupe i njenog okoliša, ubrzavajućeg i naduvavajućeg diska. Početna i konačna stanja crnih rupa mogu se dobro predvidjeti iako gubitak ili pohrana podataka nisu
Ali postoji jedna stvar koju mi uopće ne razumijemo: tamna energija. Naravno, možemo izmjeriti ubrzanje svemira i točno razumjeti njegovu veličinu. Ali zašto uopće imamo svemir s nultom mračnom energijom? Zašto prazan prostor, u kojem nema ničega - bez obzira, bez zakrivljenosti, ni zračenja, ničega - nema pozitivne nulte vrijednosti? I zašto je ta količina energije, koja je bila neshvatljivo sićušna i potpuno nevidljiva tijekom prvih milijardu godina povijesti Svemira, počela privlačiti Svemir tek trenutkom kada se Zemlja u njemu pojavila?
Ilustracija protoplanetarnog diska u kojem se formiraju planete i planetesimals, stvarajući praznine u disku. Prije četiri do pet milijardi godina, kada se formirao naš sunčev sustav, tamna energija istovremeno je počela hvatati ekspanziju svemira i gustoću energije
Promotivni video:
Mnogo je zanimljivih stvari koje možemo povezati s tamnom energijom i univerzumom u cjelini. Puno je praznog prostora koji kvantna polja prožimaju. Ne postoje regije u svemiru u koje prodiru gravitacijske, elektromagnetske ili nuklearne sile; oni su svugdje. Pokušamo li izračunati takozvanu očekivanu vrijednost vakuuma (kondenzat) raznih kvantnih polja, naići ćemo na beskonačni broj pojmova i samo ga možemo približno napisati. Uvijek ćemo se baviti približnim vrijednostima. A koliko znamo, oni nisu uravnoteženi, a svemir se ne usporava - on zapravo ubrzava. Nekako i sam prostor ima malo ne-nulte energije. A ta energija čini da se daleke galaksije u Svemiru udaljavaju od nas sve većom brzinom,iako polako, ali stalno.
Pitanje "zašto?" nikad ne prestaje mučiti teoretičare. Zašto se svemir širi sve brže i brže? Ne možemo objasniti prisutnost ove tamne energije u bilo čemu. Možda malo razumijemo sami svemir. Međutim, postoji i druga opcija o kojoj se rijetko razmišlja: možda je ovo svojstvo praznog prostora određeno svemirom drugih stvari - poput materije - u Svemiru.
I postoji razlog da vjerujemo da je to moguće, što se naziva efektom Casimira. Dobro ga poznajemo.
Ilustracija Casimirovog efekta i kako se sile izvan ploča razlikuju od sila među njima
Kolika je elektromagnetska sila praznog prostora? Nula, naravno. U nedostatku naboja, struje i materije za interakciju, bit će nula, ne šalite se. Ali ako na određenu udaljenost između njih stavite dvije metalne ploče i ponovno ih pitate što će biti elektromagnetska sila, ona će prestati biti jednaka nuli. Zbog činjenice da su neki načini kvantnih kolebanja zabranjeni zbog granica ploče, ne samo da predviđamo, već i mjerimo ne-nularnu silu između tih ploča, koja proizlazi doslovno iz praznog prostora. I što je najzanimljivije, sve sile, uključujući gravitacijske sile, pokazuju Casimirov efekt.
Karta s preko milion galaksija u svemiru; u svakoj je točki odvojena galaksija. Različite boje predstavljaju udaljenosti; crvena - dalje
Što se događa kada taj efekt pokušamo primijeniti na cijeli svemir i izračunamo učinak? Odgovor je jednostavan: dobivamo nešto što u nekom obliku odgovara tamnoj energiji, samo - opet - različitog reda. A to može biti zato što u potpunosti ne znamo koji su granični uvjeti Svemira ili kako ispravno izračunati kvantno-gravitacijski efekt.
Kartiranje svemira može biti najlakši dio. Malo je vjerojatno da ćemo čekati promatrani ili eksperimentalni proboj koji će nas dovesti do razumijevanja mračne energije, najduhovitije sile u svemiru. Možda će nam trebati teoretski iskorak. I, možda će biti povezana s anomalijom u tragovima, promjenom dinamičke veličine ili čak tragom dodatnih dimenzija. Tek smo nedavno otkrili njegovu najtežu tajnu za objasniti. Možda će rješenje biti u fizici koju već poznajemo.
Ilya Khel