พลังงานมืดและการเร่งตัวของเอกภพ
การขยายตัวของเอกภพกำลังเร่งขึ้น โดยมีสาเหตุมาจากองค์ประกอบลึกลับที่เรียกว่าพลังงานมืด ซึ่งครอบงำงบประมาณพลังงานของเอกภพและทำหน้าที่เป็นแรงโน้มถ่วงแบบผลัก
Definition
พลังงานมืดคือองค์ประกอบของเอกภพที่มีความดันเป็นลบ ซึ่งขับเคลื่อนการเร่งตัวของการขยายตัวของเอกภพที่สังเกตได้ ในแบบจำลองมาตรฐาน พลังงานมืดถูกอธิบายด้วยค่าคงที่จักรวาล ซึ่งเทียบเท่ากับความหนาแน่นพลังงานสุญญากาศคงที่ และคิดเป็นประมาณสองในสามของปริมาณพลังงานทั้งหมด
Scope
ขอบเขตนี้ครอบคลุมการค้นพบว่าการขยายตัวของเอกภพกำลังเร่งขึ้น ค่าคงที่จักรวาลและพลังงานสุญญากาศในฐานะคำอธิบายหลัก แบบจำลองพลวัตทางเลือก เช่น ควินเทสเซนส์ (quintessence) และทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ปรับปรุงแก้ไข รวมถึงสมการสถานะและการสำรวจเชิงสังเกตการณ์ที่ใช้ในการจำแนกลักษณะของพลังงานมืด
Sub-topics
Core questions
- การเร่งตัวของเอกภพถูกค้นพบได้อย่างไร?
- พลังงานมืดคืออะไร และเป็นเพียงค่าคงที่จักรวาลหรือไม่?
- ธรรมชาติของพลังงานมืดกำลังถูกทดสอบด้วยการสังเกตการณ์อย่างไร?
Key concepts
- พลังงานมืด
- การเร่งตัวของเอกภพ
- ค่าคงที่จักรวาล
- พลังงานสุญญากาศ
- สมการสถานะ
- ควินเทสเซนส์
- ความดันเป็นลบ
Key theories
- การขยายตัวแบบเร่ง
- การสังเกตการณ์ซูเปอร์โนวาชนิด Ia ที่อยู่ห่างไกลแสดงให้เห็นว่าพวกมันมีความสว่างน้อยกว่าที่คาดไว้ ซึ่งบ่งชี้ว่าการขยายตัวของเอกภพมีการเร่งตัวขึ้น ซึ่งต้องมีองค์ประกอบที่มีความดันเป็นลบ
- ค่าคงที่จักรวาล
- ความหนาแน่นพลังงานสุญญากาศคงที่ ซึ่งแสดงโดยค่าคงที่จักรวาลของไอน์สไตน์ ให้คำอธิบายที่ง่ายที่สุดของพลังงานมืดและสอดคล้องกับข้อมูล แม้ว่าค่าที่น้อยมากของมันจะสร้างความสับสนทางทฤษฎี
Clinical relevance
พลังงานมืดได้ปรับเปลี่ยนจักรวาลวิทยา: การค้นพบของมันได้สร้างเอกภพแบบ Lambda-CDM ที่แบนและกำลังเร่งตัวขึ้น ซึ่งคิดเป็นประมาณเจ็ดสิบเปอร์เซ็นต์ของงบประมาณพลังงานของเอกภพ และธรรมชาติของมัน ไม่ว่าจะเป็นค่าคงที่ที่แท้จริงหรือสิ่งที่มีพลวัต เป็นหนึ่งในคำถามที่ลึกซึ้งที่สุดที่เชื่อมโยงจักรวาลวิทยาเข้ากับฟิสิกส์พื้นฐาน
History
สองทีมที่ใช้ซูเปอร์โนวาชนิด Ia ได้ประกาศการเร่งตัวของเอกภพในปี 1998 และ 1999 ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดที่ทำให้ค่าคงที่จักรวาลกลับมามีความสำคัญอีกครั้ง และได้รับรางวัลโนเบลในปี 2011 การสำรวจในภายหลังของพื้นหลังไมโครเวฟของเอกภพ การแกว่งตัวของแบรีออนอะคูสติก และโครงสร้างขนาดใหญ่ได้ยืนยันว่าเอกภพถูกครอบงำด้วยพลังงานมืด
Debates
- ธรรมชาติของพลังงานมืด
- ไม่ว่าพลังงานมืดจะเป็นค่าคงที่จักรวาลที่แท้จริง เป็นสนามพลวัตเช่นควินเทสเซนส์ หรือเป็นสัญญาณว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนในระดับจักรวาล ยังคงเป็นเรื่องที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข โดยปัญหาค่าคงที่จักรวาลที่มีค่าน้อยมากเป็นปริศนาสำคัญ
Key figures
- Saul Perlmutter
- Brian Schmidt
- Adam Riess
- Steven Weinberg
- Albert Einstein
Related topics
Seminal works
- riess1998
- perlmutter1999
Frequently asked questions
- สสารมืดกับพลังงานมืดแตกต่างกันอย่างไร?
- สสารมืดคือมวลที่มองไม่เห็นซึ่งรวมตัวกันภายใต้แรงโน้มถ่วงและช่วยสร้างโครงสร้าง ในขณะที่พลังงานมืดเป็นองค์ประกอบที่ราบเรียบที่มีความดันเป็นลบซึ่งผลักดันให้การขยายตัวเร่งขึ้น ทั้งสองมีผลตรงกันข้ามและเชื่อว่าเป็นสิ่งที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง
- การขยายตัวแบบเร่งจะดำเนินต่อไปตลอดไปหรือไม่?
- หากพลังงานมืดเป็นค่าคงที่จักรวาลที่แท้จริง การเร่งตัวจะดำเนินต่อไปอย่างไม่มีกำหนด นำไปสู่เอกภพที่ว่างเปล่าและเย็นลงเรื่อยๆ หากพลังงานมืดมีการเปลี่ยนแปลง อนาคตอาจแตกต่างออกไป ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่การวัดสมการสถานะของมันมีความสำคัญอย่างยิ่ง