Тёмная энергия

[править] ВНЕЗАПНО, ускорение!

Знаменитое фото тут как никогда к месту.

В 1998 году группа пиндосских учёных, наблюдая за сверхновыми звёздами, сделала охуительное открытие — оказывается, 5 млрд лет назад Вселенная начала расширяться с ускорением. То есть с каждым годом Вселенная расширяется всё быстрее и быстрее, как будто материю подталкивает на разгон какая-то неучтенная энергия. За своё открытие пиндосы таки получили в 2011 году Нобелевку по физике, но к тому времени, естественно, на них было уже всем похуй. Все увлечённо занимались мозгоёбством самим себе и друг другу.

Итогом стало возникновение понятия тёмной энергии — самой НЁХистой из всех НЁХов астрофизики. На тёмную энергию все радостно свалили ответственность за ускоренное расширение Вселенной, при этом, ЧСХ, даже не пытаясь хоть как-то прикрыть своё неведение относительно её природы, в отличие от, скажем, той же тёмной материи, о которой было гипотез. До сих пор на Педивикии гордо красуется определение: «Тёмная энергия — феномен, объясняющий факт, что Вселенная расширяется с ускорением». Капитан Очевидность в восторге.

Один из самых очевидных вариантов — это просто плотность энергии вакуума такая (согласно квантовой механике, из-за принципа неопределённости Гейзенберга даже в совсем пустом месте постоянно происходят квантовые флуктуации — рождаются и исчезают частицы, и хотя в среднем частиц в вакууме нет, энергия в среднем в вакууме есть). Однако на текущий момент теоретики плотность энергии вакуума вычислять не умеют (получается либо очень много, гораздо больше, чем надо, либо вовсе бесконечности на бесконечностях, и не перенормировываются никак). Возможно, теория струн что-нибудь скажет.

Эйнштейн получил свою посмертную сатисфакцию — лямбда-член триумфально вернулся в уравнения ОТО, и разговоры о космологической постоянной вновь стали мейнстримом в научных кулуарах, и похуй, что изначально лямбда-член был введён Эйнтейшном абсолютно из левых соображений.

«Гипотезу ещё предстоит доказать»

По мнению российских экспертов, выводы зарубежных коллег несколько преждевременны. 

По мнению эксперта, не вызывает сомнения лишь тот факт, что космологическая постоянная Эйнштейна действительно важна в современной науке. Её существование объясняет, почему Вселенная расширяется с ускорением. 

Однако, по словам Рубакова, невозможно разработать теорию с использованием в качестве переменных двух отрицательных — энергии или массы частиц, — чтобы в ней при этом различные данные не противоречили друг другу.

«Время от времени выходят статьи про частицы с отрицательной массой, но все они несколько спекулятивные. Построить теорию, в которой масса была бы отрицательной и при этом чтобы в ней всё согласовывалось, пока никому не удалось. Но, конечно, некоторые учёные могут это оспаривать», — отметил Рубаков.  

Чтобы получить экспериментальное доказательство своей теории, учёные из Оксфорда планируют провести серию работ на крупнейшем в мире радиоинтерферометре Square Kilometre Array.

• Радиоинтерферометр Square Kilometre Array

«Если новая, расширенная версия космологической модели будет соотноситься с данными, полученными в ходе наблюдений, то одна из самых сложных задач современной физики будет окончательно решена», — заключил Фарнс.

Темная энергия «по-черному»

Около 2003 года физик Николай Горькавый, до того занимавшийся чисто «гравитационными» проблемами — типа колец Урана и его спутников, существование ряда из которых он предсказал по форме колец и до их открытия астрономами, — попробовал подойти к «темным материям» с другой стороны. Отталкиваясь от «гравитационного» видения мира, исследователь решил выяснить, каким может быть влияние черных дыр самых разных размеров на окружающую нас Вселенную. Особенно его заинтересовали процессы слияний ЧД, при которых значительная часть массы их обеих превращается в гравитационные волны (колебания пространства-времени). Если сами ЧД вполне притягивают к себе материю, то гравитационные волны этого не делают. Таким образом, получается, что в слияниях черных дыр масса как бы «исчезает», а на деле превращается в энергию гравиволн.

[править] Чем это нам грозит

Ну лично тебе — ничем. Ешь, спи, выделяй отходы и размножайся в обычном режиме — небо на голову не упадёт. Но в отдалённой перспективе, если тёмная энергия действительно есть и она не исчезнет никуда со временем, то это может привести к любопытным последствиям. А именно, Вселенная станет расширяться всё быстрее и быстрее, из-за чего все более близкие друг от друга объекты станут недоступными из-за ограничения в скорости обмена материей / энергией / etc — да-да, те самые 300 000 км/с из СТО. И если сейчас это расстояние, за которое нельзя и никогда не будет можно заглянуть, столь большое, что его даже не замечали до конца XX века, то в конечном итоге каждая элементарная частица во Вселенной останется в гордом одиночестве, отгороженная от всего остального мира горизонтом событий. А возможно, даже этим гордым частичкам настанет неиллюзорный пиздец — и наше мироздание закончит свой жалкий век в Большом Разрыве.

Но, опять же, впадать в депрессию не стоит — говорить об этом ещё очень и очень рано. Если оно и произойдёт (и то не факт, что произойдет), то только через 2 триллиона лет — успеется надышаться, тем более к этому времени эта звезда и эта планета с этой страной уже перестанут существовать. Как, впрочем, и ты. Да и потом, тёмная энергия вполне может оказаться непостоянной НЁХой и со временем самовыпилиться, ослабнуть или ещё какой-нибудь такой финт выдать. Ждём сообщений от мужей науки.

Тёмная энергия

Если тёмная материя кажется странной, то всё становится ещё более запутанным, когда мы добираемся до тёмной энергии.

Эйнштейн предсказал расширение Вселенной (скорость, которую мы теперь называем постоянной Хаббла и которая присутствовала в уравнениях общей теории относительности), но современные измерения показывают более высокую скорость, чем предсказал Эйнштейн. До того, как были сделаны эти измерения, считалось, что расширение Вселенной замедлится, и она в конечном итоге схлопнется снова в себя, но теперь наиболее вероятным результатом является то, что наша Вселенная будет продолжать расширяться всегда, что в конечном итоге приведет к так называемой тепловой смерти.

Это непрерывное ускорение Вселенной происходит благодаря тёмной энергии — отталкивающей силе, которая действует противоположным образом, чем тёмная материя, заставляя Вселенную расширяться, а не объединяться в организованные структуры. Это свойство, которое, по-видимому, является частью пустого пространства, а эта энергия более сильная и более концентрированная, чем всё остальное во Вселенной. Если это свойство пустого пространства, это означает, что пустое пространство — это не ничто, а что-то.

Нет никакого способа обнаружить или измерить тёмную энергию, но мы можем принять к сведению последствия её действия.

Как уже говорилось ранее, наиболее вероятным концом Вселенной является Тепловая смерть — расширение, приводящее к превращению вещества в излучение и остановке всех процессов во Вселенной спустя огромное количество времени. Эта Тепловая смерть является результатом продолжающегося расширения, вызванного тёмной энергией и отсутствием материи, необходимой для противодействия этому расширению. Но такая недостаточно плотная вселенная должна иметь очень странную форму. Вместо этого наша Вселенная почти совершенно плоская, что может быть возможно только благодаря притоку новой энергии во всем пространстве.

Возможные формы для Вселенной.

Согласно Общей теории относительности, энергия или масса искривляют пространство-время. Используем наглядный пример, чтобы лучше понять, как работает тёмная энергия.

Внутри резервуара под давлением быстро движущиеся частицы давят на его стенки. Это, однако, не механизм тёмной энергии, поскольку он имеет место только в том случае, если существует разность давлений между двумя областями. В примере с резервуаром снаружи есть меньшее давление, чем внутри, но у Вселенной нет этой проблемы — давление почти везде одинаково.

Тёмная энергия, как было показано, имеет отрицательное давление, давление, которое тянет внутрь. Но это вызывает удивительное противоречие, учитывая влияние тёмной энергии, вызывающее расширение Вселенной! Это происходит потому, что отрицательное давление не оказывает прямого влияния на гладкую вселенную, но оно вызывает релятивистское расширение, приводящее к антигравитации, доказанной математическими уравнениями.

Так откуда же берётся вся эта энергия? Мы не знаем. Может, ниоткуда. Закон сохранения энергии не применяется ко Вселенной, которая постоянно расширяется, так как общая теория относительности утверждает, что энергия может быть навсегда потеряна и получена из ничего.

Другие теории предполагают, что тёмная энергия — это неизвестная энергетическая жидкость или поле, которое каким-то образом оказывает противоположный эффект, чем нормальная энергия и материя. Возможно, это спонтанные частицы, которые приходят из ничего и возвращаются в ничто.

Последствия для судьбы Вселенной

По имеющимся оценкам, ускоряющееся расширение Вселенной началось приблизительно 5 миллиардов лет назад. Предполагается, что до этого расширение замедлялось благодаря гравитационному действию тёмной материи и барионной материи. Плотность барионной материи в расширяющейся Вселенной уменьшается быстрее, чем плотность тёмной энергии. В конце концов, тёмная энергия начинает преобладать. Например, когда объём Вселенной удваивается, плотность барионной материи уменьшается вдвое, а плотность тёмной энергии остается почти неизменной (или точно неизменной — в варианте с космологической константой).

Если ускоряющееся расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, то в результате галактики за пределами нашего Сверхскопления галактик рано или поздно выйдут за горизонт событий и станут для нас невидимыми, поскольку их относительная скорость превысит скорость света. Это не является нарушением специальной теории относительности. На самом деле невозможно даже определить «относительную скорость» в искривлённом пространстве-времени. Относительная скорость имеет смысл и может быть определена только в плоском пространстве-времени, или на достаточно малом (стремящемся к нулю) участке искривлённого пространства-времени. Любая форма коммуникации далее пределов горизонта событий становится невозможной, и всякий контакт между объектами теряется. Земля, Солнечная система, наша Галактика, и наше Сверхскопление будут видны друг другу и в принципе достижимы путём космических полётов, в то время как вся остальная Вселенная исчезнет вдали. Со временем наше Сверхскопление придёт в состояние тепловой смерти, то есть осуществится сценарий, предполагавшийся для предыдущей, плоской модели Вселенной с преобладанием материи.

Существуют и более экзотические гипотезы о будущем Вселенной. Одна из них предполагает, что фантомная энергия приведёт к т. н. «расходящемуся» расширению. Это подразумевает, что расширяющая сила действия тёмной энергии продолжит неограниченно увеличиваться, пока не превзойдёт все остальные силы во Вселенной. По этому сценарию, тёмная энергия со временем разорвёт все гравитационно связанные структуры Вселенной, затем превзойдёт силы электростатических и внутриядерных взаимодействий, разорвёт атомы, ядра и нуклоны и уничтожит Вселенную в Большом Разрыве.

С другой стороны, тёмная энергия может со временем рассеяться или даже сменить отталкивающее действие на притягивающее. В этом случае гравитация возобладает и приведёт Вселенную к «Большому Сжатию». Некоторые сценарии предполагают «циклическую модель» Вселенной. Хотя эти гипотезы пока не подтверждаются наблюдениями, они и не отвергаются полностью. Решающую роль в установлении конечной судьбы Вселенной (развивающейся по теории Большого Взрыва) должны сыграть точные измерения темпа ускорения.

Ускоренное расширение Вселенной было открыто в 1998 году при наблюдениях за сверхновыми типа Ia. За это открытие Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс получили премию Шао по астрономии за 2006 год и Нобелевскую премию по физике за 2011 год.

Открытие тёмной энергииПравить

На основании проведённых в конце 1990-х годов наблюдений сверхновых звёзд типа Ia был сделан вывод, что расширение Вселенной ускоряется со временем. Затем эти наблюдения были подкреплены другими источниками: измерениями реликтового излучения, гравитационного линзирования, нуклеосинтеза Большого Взрыва, постоянной Хаббла. Все полученные данные хорошо вписываются в лямбда-CDM модель.

Сверхновые звёзды и ускоряющаяся ВселеннаяПравить

Расстояния до других галактик определяются измерением их красного смещения. По закону Хаббла, величина красного смещения света удаленных галактик прямо пропорциональна относительной скорости этих галактик. Соотношение между расстоянием и величиной красного смещения называется параметром Хаббла (или, не совсем точно, постоянной Хаббла).

Однако, само значение параметра Хаббла требуется сначала каким-то способом установить, а для этого нужно измерить значения красного смещения для галактик, расстояния до которых уже вычислены другими методами. Для этого в астрономии применяются «стандартные свечи», то есть объекты, светимость которых известна. Лучшим типом «стандартной свечи» для космологических наблюдений являются сверхновые звезды типа Ia. Они обладают очень высокой яркостью и вспыхивают только тогда, когда масса старой звезды типа «белый карлик» достигает предела Чандрасекара, значение которого известно с высокой точностью. Следовательно, все вспыхивающие сверхновые типа Ia, находящиеся на одинаковом расстоянии, должны иметь одинаковую наблюдаемую яркость. Сравнивая наблюдаемую яркость сверхновых в разных галактиках, можно определить расстояния до этих галактик.

В конце 1990-х годов было обнаружено, что в удалённых галактиках, расстояние до которых было определено по закону Хаббла, сверхновые типа Ia имеют яркость ниже той, которая им полагается. Иными словами, расстояние до этих галактик, вычисленное по методу «стандартных свеч» (сверхновых Ia), оказывается больше расстояния, вычисленного на основании ранее установленного значения параметра Хаббла.

Предположим, что есть удалённый объект, расстояние которого от нас, определённое по методу «стандартных свеч», равно D_C. Свет, дошедший до нас от объекта, прошёл расстояние D_C=D₁ + D₂, где D₁ — первая часть пути, D₂ — вторая часть пути. Красное смещение на первой части пути составило R₁=H₁D₁ (где Н₁ — значение параметра Хаббла на этом промежутке пути), на второй части пути R₂=H₂D₂ (где H₂ — нынешнее значение параметра Хаббла). Если предположить, что H₁=H₂ (т.е. параметр Хаббла постоянен), то расстояние, определенное по закону Хаббла, D_H=R₁/H₂ + R₂/H₂, должно быть равно D_С. Однако, как уже сказано, для удаленных галактик (и их сверхновых типа Ia) оказалось, что D_H < D_C. Отсюда следует, что H₁ < H₂.

Был сделан вывод: параметр Хаббла для относительно близких галактик выше, чем для далеких галактик. То есть параметр Хаббла не оставался постоянным на протяжении значительных промежутков времени (сотни миллионов и миллиарды лет), — он увеличивался, и, следует полагать, продолжает увеличиваться. Вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускорением.

Сломанный кондиционер

Кроме дефицита минералов теоретики обнаружили и вторую потенциальную проблему планет-океанов — возможно, даже важнее первой. Речь идет о сбоях в работе углеродного цикла. На нашей планете он — главная причина существования относительно стабильного климата. Принцип работы углеродного цикла прост: когда на планете становится чересчур холодно, поглощение углекислого газа горными породами резко замедляется (процесс такого поглощения быстро идет только в теплой среде). При этом «поставки» углекислого газа с извержениями вулканов идут в прежнем темпе. Когда связывание газа падает, а поступление не снижается, концентрация CO₂ естественным образом растет. Планеты, как известно, находятся в вакууме межпланетного пространства, и единственный значимый путь потери тепла для них — его излучение в виде волн инфракрасного излучения. Углекислый газ такое излучение от поверхности планеты поглощает, отчего атмосфера слегка подогревается. От этого с водной глади океанов испаряется водяной пар, который также поглощает ИК-излучение (еще один парниковый газ). В итоге именно CO₂ выступает главным застрельщиком в процессе нагрева планеты.

Именно этот механизм приводит к тому, что оледенения на Земле рано или поздно заканчиваются. Он же не дает ей и перегреваться: при чрезмерно высоких температурах углекислый газ быстрее связывается горными породами, после чего они, в силу тектоники плит земной коры, постепенно тонут в мантии. Уровень CO₂ падает, и климат становится более прохладным.

Важность этого механизма для нашей планеты трудно переоценить. Представим на секунду поломку углеродного кондиционера: скажем, вулканы перестали извергаться и больше не доставляют из недр Земли углекислый газ, некогда опустившийся туда со старыми континентальными плитами

Первое же оледенение станет буквально вечным, ведь чем больше на планете льда, тем больше солнечного излучения она отражает в космос. А новая порция CO2 не сможет разморозить планету: ей неоткуда будет взяться.

Именно так, по идее, должно быть на планетах-океанах. Даже если вулканическая активность временами и сможет прорвать панцирь экзотического льда на дне планетарного океана, хорошего в этом мало. Ведь на поверхности морского мира просто нет горных пород, которые могли бы связать избыточный углекислый газ. То есть может начаться его неконтролируемое накопление и, соответственно, перегрев планеты.

Нечто подобное — правда, безо всякого всепланетного океана — случилось на Венере. На этой планете тоже нет тектоники плит, хотя почему так вышло, толком неизвестно. Поэтому вулканические извержения там, прорываясь временами через кору, поставили в атмосферу много углекислого газа, но поверхность не может его связать: континентальные плиты не погружаются вниз и новые не поднимаются наверх. Поэтому поверхность существующих плит уже связала весь СО₂, который могла, и больше поглотить не может, и на Венере так жарко, что свинец там всегда останется жидкостью. И это при том, что, согласно моделированию, при земной атмосфере и углеродном цикле эта планета была бы пригодным для обитания близнецом Земли.

II. Конденсатор

Конденсатор способен не только проводить переменный ток, но
и длительное время сохранять заряд. Как происходят такие физические явления?
Обычно между проводящими пластинами конденсатора помещают диэлектрик. В
простейшем случае просто воздух – это воздушный конденсатор. Чем диэлектрик
отличается от проводника? Тем, что в нем нет свободных зарядов. Есть только
связанные заряды в самой структуре диэлектрика. Как можно объяснить явления в
конденсаторе? Только с помощью токов смещения, впервые введенные в теорию
Максвеллом. Ток смещения говорит сам за себя: он образуется при
поворотах-смещениях связанных в атомах, молекулах электрических зарядов. При
заряде конденсатора и снятии с его проводящих пластин электрического напряжения
сохраняется смещённое состояние электрических зарядов. Поэтому конденсатор
сохраняет электрический заряд. Стоит замкнуть пластины, как тут же
индуцированный на пластинах заряд из свободных зарядов, образуя естественный
ток, разряжает конденсатор, и электромагнитные силы диэлектрика возвращают свои
смещенные заряды в состояние первоначального равновесия. Наличие связанных
зарядов в вакууме подтверждается простым опытом. Обычный «воздушный»
конденсатор продолжает быть конденсатором в «абсолютном» вакууме и проводить в
цепи переменный ток.

Вывод – без связанных зарядов и токов смещения, образованных
этими зарядами, конденсатор невозможен. Отсюда есть только один вывод: любой
вакуум имеет связанные заряды, способные образовывать токи смещения.
Теоретическая физика игнорирует это естественное природное явление.  За
последние 50 лет в учебниках появилась косвенная дискредитация токов смещения.
Уже сейчас многие физики не признают токи смещения за реальность природы.
Находятся такие словесные формулировки, которые странной эквилибристикой
объясняют сущность конденсатора, противореча самой природе конденсатора.
Начиная с изобретения лейденской банки, физика должна была исследовать
теоретические и практические явления в конденсаторе.

Аналогичная деформация науки касается и распространения
света. Свет может распространяться только в среде, имеющей связанные заряды,
образующие токи смещения для электромагнитных векторов света  Е и
Н.

Темная материя относится к структуре среды в качестве
недостаточно изученного магнито–массового континуума. Это он ответственен за
поставку «материала» для образования масс всех микро частиц вещества и
антивещества, за ограничение скорости света инерцией континуума в открытом
космосе с помощью неразрывной связи заряда и массы, например, электрона и
позитрона.

До сего времени в физике
неизвестны природа электрического заряда и массы элементарных частиц.
Дальнейший прогресс в знании Природы не может быть без выяснения сущности массы
и её инерции. Здесь попробуем найти связи параметров среды с величиной массы
электрона, которую примем за элементарную массу.

Легко из формул Ньютона и Кулона
можно получить следующие соотношения для элементарной массы:

 – определяет элементарный поток магнитной индукции,
который связан с принятым в физике квантом потока по формуле:

 Вебер.

Таким
образом, постоянная Планка прочно связана через элементарный заряд и квант потока
магнитной индукции, а через них и с элементарной массой.

Вероятно, что весь изложенный здесь материал свидетельствует
о необходимости признания структуры среды в качестве источника
темной материи и темной энергии, а также в качестве источника известной нам
гравитации и структуры, необходимой для распространения света.

Литература и
источники

1.А.Д.
Чернин Темная энергия вблизи нас //ГАИШ
МГУ

1. Рубаков В.А. Темная материя и
   темная энергия во Вселенной //лекция, 2005 г., Институт
   ядерных исследований РАН, Москва, Россия,
2. Дэвис П. Суперсила //Издательство
   «Мир», М.,1989 г., 277 с.