Grawitacja vs ciemna energia: co zapewnia byt Wszechświatu

Ciemna energia to jedno ze zjawisk Wszechświata, o którego istnieniu dowiedzieliśmy się dwadzieścia lat temu. Uczeni jednak do tej pory o naturze owej energii wiedzą bardzo mało.

Kiedy na początku ubiegłego wieku Einstein wyprowadzał swoje słynne równanie dokonał założenia, że musi istnieć siła, która przeciwdziała przyciąganiu obiektów. W owym czasie uczeni zakładali, że Wszechświat jest statyczny. Ale przecież grawitacja działa w taki sposób, że wszystkie obiekty posiadające jakąś masę wzajemnie się przyciągają. A zatem, żeby Wszechświat się nie kurczył grawitacji musi przeciwdziałać jakaś siła. I Einstein wprowadził do równania stałą kosmologiczną, która ma za zadanie zrównoważyć grawitację. Ale z otrzymanego wzoru wynikało, że Wszechświat nie jest statyczny, lecz rozszerza się, a to znów przeczyło teorii. Uczony nazwał stałą wielkim błędem, ale ona okazała się wielkim proroctwem.

Pod koniec lat 90. badacze odkryli, że gwiazdy supernowe w oddalonych galaktykach jaśnieją mniej niż wcześniej uważano. To znaczy odległość do tych galaktyk okazała się większa niż wynikało ze starych formuł: D=2R/2sin(α/2), gdzie D oznacza odległość do gwiazdy, R- promień orbity ziemskiej, α — kąt, pod jakim z powierzchni danej gwiazdy byłby widoczny średni promień orbity Ziemi,.

Uczeni wyprowadzili wniosek, że Wszechświat nie tylko się rozszerza, lecz rozszerza się z przyśpieszeniem. Następnie owe obserwacje zostały potwierdzone eksperymentalnie pomiarami nierównomierności reliktowego promieniowania (pozostałość energii po Wielkim Wybuchu) i obserwacjami gromad galaktyk.

Fizycy sformułowali hipotezę, z której wynikało że Wszechświat nie ulega kurczeniu za sprawą jakiejś energii, że to ona rozwiązuje problem niewidzialnej masy. Przecież zgodnie z teoretycznymi założeniami opartymi na analizie Wielkiego Wybuchu, masa Wszechświata nie odpowiada masie, jaką powinniśmy uzyskać w rezultacie podliczeń wkładu całej materii. Może wydać się dziwnym, że energia służy za ekwiwalent masy, ale to zatwierdzona koncepcja teorii względności E=mc².

Poza tym, że ciemna energia wpływa na Wszechświat, wiemy o niej bardzo niewiele, a mianowicie, że kształtuje nasz świat w 68%, jest jednorodna i nie współgra (przynajmniej w zauważalnym stopniu) ze zwykłą materią, poza grawitacją.

Dość ciężko określić istotę ciemnej energii, bowiem zbyt mocno odróżnia się od znanych nam zjawisk. Rzecz w tym, że w fizyce przy opisywaniu procesów ważna jest nie wielkość energii, lecz to jak się zmienia. Na przykład pod wpływem różnicy potencjałów powstaje napięcie (elektrony poruszają się od jednego punktu do drugiego), a przy zmianie temperatury możemy dokładnie określić, o ile stopni ciało nagrzało się lub ochłodziło.

Grawitacja jest tutaj wyjątkiem od reguły — oddziałuje na nią stała energia, a nie różnica w wartościach. Fenomenalne pole wpływające na tempo rozszerzania Wszechświata nazywane jest energią próżni lub ciemną energią. Pole wypełnia cały wszechświat i ma wszędzie jednakową gęstość. Błędy w kosmologicznych obserwacjach sugerują, że energia próżni ma słabą dynamikę.

„Rzecz w tym, że nasze doświadczenie badań Wszechświata jest znikome w porównaniu z jej rozmiarami i czasem jej istnienia. Przypuśćmy, że każdego dnia, przez kilka miesięcy fotografujemy duży dąb i nie zauważamy żadnych zmian. Z przeprowadzonego eksperymentu wyprowadzamy wniosek, że z upływem czasu roślina się nie zmienia. Ale bardzo możliwe, że nasz aparat fotograficzny po prostu nie może uchwycić niewielkich zmian, ponadto eksperyment trwał zbyt krótko. Rozsądnie byłoby założyć, że stałość ciemnej energii jest czymś pozornym, a tak naprawdę  bardzo-bardzo wolno ewoluuje. Dlatego przedwcześnie wyciągać ostateczne wnioski dotyczące właściwości i istoty ciemnej energii" — komentuje Dmitrij Gorbunow, docent katedry fundamentalnych interakcji i kosmologii Moskiewskiego Instytutu Fizyczno-Technicznego.

Ale jeśli Wszechświat się rozszerza, to dlaczego nasze organy czucia tego nie rejestrują? Rzecz w tym, że duże skupiska materii (na przykład galaktyki) przedstawiają sobą systemy grawitacyjne. I istnieje w nich pewna równowaga między działaniem ciemnej energii i grawitacji, dzięki czemu takie systemy pozostają stabilne. A rozciąganie Wszechświata odbywa się kosztem rozciągania przestrzeni międzygwiezdnej.