เป็นเรื่องน่าขันของธรรมชาติที่รูปแบบพลังงานที่มีมากที่สุดในจักรวาลก็เป็นสิ่งที่ลึกลับที่สุดเช่นกัน นับตั้งแต่มีการค้นพบครั้งสำคัญว่าการขยายตัวของเอกภพกำลังเร่งขึ้น ภาพที่สอดคล้องกันก็ปรากฏขึ้นซึ่งบ่งชี้ว่า 2 ใน 3 ของจักรวาลทำมาจาก “พลังงานมืด” ซึ่งเป็นวัสดุที่มีแรงดึงดูดซึ่งน่ารังเกียจ แต่หลักฐานนั้นแข็งแกร่งพอที่จะพิสูจน์กฎใหม่ของธรรมชาติที่แปลกใหม่หรือไม่? หรืออาจมีคำอธิบายทางฟิสิกส์
ดาราศาสตร์
ที่ง่ายกว่านี้สำหรับผลลัพธ์ เรื่องราวของพลังงานมืดเริ่มต้นขึ้นในปี 1998 เมื่อทีมนักดาราศาสตร์อิสระ 2 ทีมกำลังค้นหาซูเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกล โดยหวังว่าจะวัดอัตราที่การขยายตัวของเอกภพช้าลง พวกเขาตกตะลึง: การสังเกตพบว่าการขยายตัวกำลังเร่งขึ้น ในความเป็นจริง เอกภพเริ่มมีความเร่งมานานแล้ว
ในช่วง 10 พันล้านปีที่ผ่านมา เช่นเดียวกับนักสืบ นักจักรวาลวิทยาทั่วโลกได้สร้างคำอธิบายของผู้ร้ายที่รับผิดชอบต่อความเร่ง: คิดเป็นสองในสามของความหนาแน่นของพลังงานจักรวาล มันเป็นแรงดึงดูดที่น่ารังเกียจ ดูเหมือนว่าจะไม่รวมกลุ่มกันในกาแลคซี มีผู้พบเห็นครั้งสุดท้ายที่แยกอวกาศ
และเวลาออกจากกัน และมันใช้ชื่อสมมุติว่า “พลังงานมืด” นักทฤษฎีหลายคนมีความคิดที่น่าสงสัยอยู่แล้ว นั่นคือ ค่าคงที่ของจักรวาลวิทยา เหมาะกับสถานการณ์เร่ง-ขยายตัวอย่างแน่นอน แต่เป็นกรณีของ พลังงานมืด? การมีอยู่ของพลังงานมืดที่ขับไล่ด้วยแรงโน้มถ่วงจะส่งผลอย่างมากต่อฟิสิกส์พื้นฐาน
ข้อเสนอแนะที่อนุรักษ์นิยมที่สุดคือจักรวาลเต็มไปด้วยทะเลพลังงานจุดศูนย์ควอนตัมที่สม่ำเสมอ หรือคอนเดนเสทของอนุภาคใหม่ที่มีมวลน้อยกว่าอิเล็กตรอน 10 -39 เท่า นักวิจัยบางคนยังได้เสนอแนะให้มีการเปลี่ยนแปลงทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ เช่น แรงพิสัยไกลแบบใหม่ที่ลดความแรง
ของแรงโน้มถ่วง แต่มีข้อบกพร่องแม้กระทั่งข้อเสนอชั้นนำของพรรคอนุรักษ์นิยม ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของพลังงานที่จุดศูนย์จะต้องได้รับการปรับอย่างแม่นยำให้มีค่าที่เป็นปัจจัยที่เหลือเชื่อถึง 10 120ต่ำกว่าคำทำนายทางทฤษฎี ในมุมมองของการแก้ปัญหาสุดโต่งเหล่านี้ อาจมีเหตุผลมากกว่า
ที่จะคาดหวัง
คำอธิบายทั่วไปสำหรับการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพตามฟิสิกส์ดาราศาสตร์ (เช่น ผลกระทบของฝุ่น หรือความแตกต่างระหว่างซุปเปอร์โนวาที่มีอายุน้อยและอายุมาก) ความเป็นไปได้นี้ทำให้นักจักรวาลวิทยาหลายคนตื่นขึ้นในตอนกลางคืนอย่างแน่นอน จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้
ข้อมูลของซูเปอร์โนวาเป็นเพียงหลักฐานโดยตรงสำหรับการเร่งความเร็วของจักรวาล และเป็นเหตุผลเดียวที่น่าสนใจที่จะยอมรับพลังงานมืด การวัดความแม่นยำของพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก รวมถึงข้อมูลได้ให้หลักฐานเกี่ยวกับพลังงานมืดเมื่อไม่นานมานี้ เช่นเดียวกับข้อมูลจากสองโครงการขนาดใหญ่
ที่แสดงแผนภูมิการกระจายขนาดใหญ่ของกาแลคซี สนามสององศา (ตอนนี้พยานคนที่สองได้ให้การแล้ว จากการรวมข้อมูล และแหล่งข้อมูลอื่นๆ กลุ่มนักวิจัยอิสระ 4 กลุ่มได้รายงานหลักฐานของปรากฏการณ์ที่เรียกว่า แบบบูรณาการ กลุ่มเหล่านี้พบว่าแรงผลักจากแรงโน้มถ่วงของพลังงานมืดได้
ชะลอการล่มสลายของสสารในบริเวณที่หนาแน่นมากเกินไปในเอกภพ กรณีของการมีอยู่ของพลังงานมืดได้กลายเป็นสิ่งที่น่าเชื่อมากขึ้น แผนภูมิการขยายตัวของจักรวาลการขยายตัวของเอกภพซึ่งค้นพบในช่วงปลายทศวรรษที่ 1920 โดยเอ็ดวิน ฮับเบิล อาจเป็นคุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดเพียงประการเดียว
ของเอกภพ
ของเรา วัตถุทางดาราศาสตร์ไม่เพียงเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลแรงโน้มถ่วงของวัตถุข้างเคียงเท่านั้น แต่โครงสร้างขนาดใหญ่ของเอกภพยังถูกขยายให้ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ โดยการขยายตัวของเอกภพ การเปรียบเทียบที่เป็นที่นิยมคือการเคลื่อนไหวของลูกเกดที่อบในเค้กขนาดใหญ่มาก
เมื่อเค้กลอยขึ้น ระยะห่างระหว่างลูกเกดคู่ใด ๆ ที่ฝังอยู่ในเค้กจะยาวขึ้น หากเราเลือกลูกเกดหนึ่งลูกเพื่อเป็นตัวแทนของกาแล็กซีของเรา เราจะพบว่าลูกเกด/กาแล็กซีอื่นๆ ทั้งหมดกำลังเคลื่อนตัวออกห่างจากเราทุกทิศทาง เป็นผลให้จักรวาลของเราขยายจากซุปจักรวาลที่ร้อนและหนาแน่นซึ่งสร้างขึ้น
ในบิกแบงไปสู่กลุ่มดาราจักรและกระจุกดาราจักรที่เย็นกว่าและหายากกว่าที่เราเห็นในปัจจุบัน แสงที่ปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์และก๊าซในกาแลคซีอันไกลโพ้นยังถูกขยายให้มีความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นในระหว่างการเดินทางมายังโลก การเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่นนี้กำหนดคือความยาวคลื่น
ที่เราเห็นบนโลก และ λ 0คือความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมา ตัวอย่างเช่น อะตอมของไฮโดรเจนที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยรังสีอัลฟาทรานซิชันที่เรียกว่า ที่มีความยาวคลื่นลักษณะเฉพาะที่ λ 0 = 121.6 นาโนเมตร เมื่อพวกมันตกลงสู่สถานะพื้น การเปลี่ยนแปลงนี้มีให้เห็นในกาแลคซีไกลโพ้น
และถูกใช้เพื่อระบุผู้ถือครองบันทึกปัจจุบันสำหรับเรดชิฟต์: z ที่ส่าย= 10 กาแล็กซีที่มีเส้นแอลฟาลายแมนที่ λ obs = 1337.6 นาโนเมตร แต่เรดชิฟต์อธิบายการเปลี่ยนแปลงขนาดของเอกภพเท่านั้น และไม่ได้บอกเราถึงระยะทางหรืออายุของเอกภพเมื่อแสงถูกเปล่งออกมาจริง ถ้าเรารู้ทั้งระยะทาง
และการเลื่อนสีแดงของวัตถุหลายๆ ชิ้น เราก็สามารถเริ่มสร้างแผนภูมิการขยายตัวของเอกภพได้วิธีการสำคัญอย่างหนึ่งในการวัดระยะทางนอกดาราจักรคือการใช้ “แท่งเทียนมาตรฐาน” เช่น ดาวแปรแสงเซเฟอิด ความส่องสว่างของตัวแปร เปลี่ยนแปลงเป็นระยะตามเวลา โดยความส่องสว่างจะแปรผัน
ตามช่วงเวลา ระยะทางถึงเซเฟิดสามารถกำหนดได้โดยการวัดคาบของมันก่อนเพื่อให้ได้ค่าความส่องสว่าง แล้วจึงเปรียบเทียบค่านี้กับความเข้มที่สังเกตได้เพื่อคำนวณระยะทาง ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงสีแดงและระยะทางของวัตถุที่เคลื่อนที่ใน “การไหลของฮับเบิล”
