Темная энергия (физика)
Данная статья была написана Владимиром Горунович для данного сайта и сайта "Викизнание".
Тёмная энергия (англ. dark energy) - гипотетическая форма энергии существование которой предполагается некоторыми космологическими моделями (Ускоренного расширения Вселенной).
В рамках данных моделей существует два варианта объяснения сущности тёмной энергии:
тёмная энергия есть космологическая константа — неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство Вселенной (другими словами, постулируется ненулевая энергия и давление вакуума);
тёмная энергия есть некая квинтэссенция — динамическое поле, энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени.
Первое объяснение принимается в космологии как стандартное. Выбор между двумя вариантами требует высокоточных измерений скорости расширения Вселенной. Темпы расширения Вселенной описываются космологическим уравнением состояния.
Предполагается, что тёмная энергия также должна составлять значительную часть так называемой скрытой массы Вселенной.
Оглавление
1 Темная энергия и космологические модели
2 Темная энергия и расширение Вселенной
3 Темная энергия и фундаментальные взаимодействия
4 Темная энергия и закон сохранения энергии
5 Темная энергия и полевая теория
6 Темная энергия: Итог
1. Темная энергия и космологические модели
Вывод о наличии ускорения в предполагаемом (гипотезой Большого взрыва) расширении Вселенной был сделан на основании проведённых в конце 1990-х годов наблюдений сверхновых звезд. Затем к обоснованию добавили: реликтовое излучение, гравитационное линзирование, нуклеосинтез Большого Взрыва. Полученные данные согласуются с лямбда-CDM моделью.
В астрономии расстояния, не поддающиеся прямому измерению (расстояния до других галактик) определяются с помощью закона Хаббла и красного смещения. Но закон Хаббла требует введение параметра Хаббла равного отношению некоторого известного расстояния к величине красного смещения. В астрономии расстояния до сверхновой звезды типа Ia можно определить по ее светимости методом "стандартной свечи", используя то, что все вспыхивающие сверхновые типа Ia, находящиеся на одинаковом расстоянии, должны иметь почти одинаковую наблюдаемую яркость. Сравнивая наблюдаемую яркость сверхновых в разных галактиках, можно определить расстояния до этих галактик.
В конце 1990-х годов для удалённых галактик имеющих сверхновые типа Ia, было установлено, что сверхновые имеют яркость ниже той, которая им полагается исходя из величины расстояния определенного по закону Хаббла. Получилось, что расстояние до этих галактик, вычисленное по методу «стандартных свеч» (для сверхновых Ia), оказалось больше расстояния, вычисленного по закону Хаббла на основании ранее установленного значения параметра Хаббла. Из чего был сделан вывод, что Вселенная расширяется с ускорением. На основании этих наблюдений, было постулировано существование неизвестного вида энергии с отрицательным давлением, названного «тёмной энергией».
Но можно сделать еще один вывод: закон Хаббла не работает или не точен, и не вводить гипотетического ускорения гипотетического расширения Вселенной. Что касается срока начала ускоренного расширения Вселенной (приблизительно 5 миллиардов лет назад) то он имеет такое же отношение к действительности, как и предполагаемый гипотезой Большого взрыва, возраст Вселенной (13,75 миллиардов лет).
Космологи не пожелали разбираться со своими ошибками и переложили все на физику. Конечно, физика разберется и с этой сказкой, но с физики достаточно и других математических сказок ожидающих разбирательства.
2. Темная энергия и расширение Вселенной
Наличие расширения Вселенной экспериментально не доказано. Никто не измерял расстояния до удаленных галактик и не показал, что оно увеличивается с течением времени. Красное смещение в спектрах отдаленных галактик можно объяснить, не прибегая к эффекту Доплера и гипотезе "Большого взрыва".
А раз не доказан сам факт расширения Вселенной - то нельзя говорить и об ускорении несуществующего расширения. Следовательно, космологические модели "Ускоренного расширения Вселенной" - это всего лишь бездоказательные гипотезы и вытекающее из них существование темной энергии – всего лишь предположение математических моделей, верность которых в физике не доказана.
3. Темная энергия и фундаментальные взаимодействия
Экспериментально установлено наличие в природе следующих двух типов фундаментальных взаимодействий:
электромагнитных взаимодействий,
гравитационных взаимодействий.
Данным типам фундаментальных взаимодействий соответствуют две формы энергии:
электромагнитная энергия,
гравитационная энергия.
Поскольку все виды взаимодействий в природе должны сводиться к перечисленным двум видам фундаментальных взаимодействий - то, следовательно, и все формы энергий тоже должны сводиться к этим двум формам энергии. И пока в природе не будет установлено наличие иных типов взаимодействий (кроме выдуманных, естественно) - наличие в природе иных форм энергии не будет доказанным.
Таким образом темная энергия, как некоторый обособленный вид энергии, противоречит существующим в природе фундаментальным взаимодействиям.
4. Темная энергия и закон сохранения энергии
Энергия не может возникать из ничего - т.е. из вакуума, создаваться ничем и исчезать в никуда. Закон сохранения энергии - это фундаментальный закон природы. Все известные науке формы энергии подчиняются этому закону. Если темная энергия действительно существует в природе, она также должна подчиняться закону сохранения энергии. Введение для темной энергии своего собственного закона природы выходит за пределы физики - физика изучает только природу и ее законы, а мир сказок это не физика.
Следовательно, в природе должны иметь место процессы преобразования "темной" энергии в иные виды энергии, а также обратные преобразования. Все с чем физике удавалось столкнуться до сих пор это похожие на такие процессы реакции с участием нейтрино в микромире. Поскольку нейтрино крайне слабо взаимодействует с другими элементарными частицами и в более чем 99% случаев проходит незамеченной через датчики то создается иллюзия пропадания энергии (при испускании нейтрино, например при распаде нейтрона) и аналогично иллюзия появления энергии из ничего (при реакции поглощения нейтрино). Физика научилась распознавать эти события и установила, что закон сохранения энергии работает и здесь. Иных "потерь" и "появлений" энергии физикой не установлено.
Таким образом, если темная энергия действительно существует в природе, она должна подчиняться закону сохранения энергии и в природе должны наблюдаться скачкообразные потери и появления известных форм энергии. Из отсутствия в природе последнего следует, что темная энергия как отдельная форма энергии в природе не существует. В природе могут наблюдаться процессы со слабо взаимодействующими элементарными частицами (например, нейтрино и их возбужденными состояниями) создающими иллюзию таких событий. Но это будет известная форма энергии.
Ну а если какая либо модель начнет игнорировать законы природы - то это говорит о том, что перед нами математическая сказка.
5. Темная энергия и полевая теория
Согласно полевой теории элементарных частиц любая форма энергии в природе должна состоять из существующих в природе элементарных частиц или создаваться ими. Данная форма энергии может переноситься элементарными частицами в реальном состоянии в соответствии с законами природы, в том числе и законом сохранения энергии. Ну а поскольку все элементарные частицы состоят из электромагнитного поля - то эта форма энергии будет электромагнитной формой энергии (или ее производной – формой, вытекающей из электромагнитной энергии или создаваемой электромагнитной энергией).
Таким образом, темная энергия либо не существует в природе либо сводиться к электромагнитной (или гравитационной) форме энергии - это могут быть энергии нейтрино, в гигантских количествах испускаемые звездами (см. статью Красное смещение).
6. Темная энергия: Итог
Темная энергия как отдельная форма энергии:
противоречит существующим в природе фундаментальным взаимодействиям,
не наблюдается при преобразованиях энергии разных форм,
не имеет за собой никаких реально существующих в природе полей.
Наличие самого расширения Вселенной в физике не доказано: красное смещение в спектрах удаленных галактик может быть объяснено, не прибегая к эффекту Доплера и гипотезе Большого взрыва. Потребность некоторых моделей в темной энергии не является доказательством ее существования в природе.
Следовательно, темная энергия как отдельная форма энергии не может существовать в природе. В природе существуют "невидимые" формы электромагнитной энергии - это энергия, переносимая нейтрино, в гигантских количествах испускаемых звездами. Но для того чтобы заполнить Вселенную нейтрино 13,75 миллиарда лет явно недостаточно.
Владимир Горунович