За останні 30 років серед астрофізиків склався непоганий консенсус: якщо ти не можеш пояснити космічне явище або фізичний процес, то все скидай на темну енергію або невідомі частинки. Вони все пояснюють. В тому числі джерело виникнення тої самої темної енергії.
Дійсно, а чи є показник ТЕ — постійною? Адже коефіцієнт Λ потрібно задіяти в формулах, і густину загальної енергії - в усьому просторі — необхідно залишити незмінною. Навіть якщо вона спричиняє швидке розширення простору.
Що не означає другої істини: енергія локальна за своєю природою.
Коли гравітація відштовхує
Згідно з сучасними уявленнями, темна енергія має дуже великий від'ємний тиск. Як на прикладі з воднем. Велика хмара (після вибуху Наднової) стискається під дією власної гравітації. Це означає втрату потенційної енергії. Але гравітація працює, прискорюючи газ до центру хмари.
Зрештою, атоми й молекули зіштовхуються, надлишкова кінетична енергія перетворюється на теплову. Хмара розігрівається. Якщо вона достатньо велика і щільна, то розігрівається настільки, що запускає термоядерний синтез - народжується нова зірка.
В цьому випадку гравітація, виконуючи свою роботу, працює проти газового тиску.
Тепер змоделюємо іншу ситуацію: фізичне середовище має великий негативний тиск. В такому випадку ми побачимо наступне.
- По-перше, великий від'ємний тиск у теорії відносності може призвести до відштовхувальної гравітації. В такому випадку ньютонівська версія рівняння Пуассона, ∇2U=4πGρ, де U - гравітаційний потенціал, а ρ - густина, замінюється на ∇2U=4πG(ρ+3p/c2), де p - тиск.
Для темної енергії p/c2=-ρ, тому права частина стає -8πGρ, змінюючи знак.
- По-друге, речовина туманності нібито запускає відштовхувальну гравітацію, примушуючи себе до розширення. Наявність же темної енергії сприяє прискоренню розширення. Ну, тобто робить такий сценарій “робочим”, зводячи воєдино математику гіпотетичного процесу.
Проблема в тому, що гравітація не нагріває матерію. А відтак... перетворюється на нову темну енергію. В результаті густина ТЕ залишається сталою при розширенні космосу.
Фактична формула, яка показує, як густина "ідеальної рідини" змінюється з часом, має вигляд ρ∝a-3(1+w), де a - це так званий масштабний фактор, що характеризує "розмір" Всесвіту, а w=p/c2ρ відоме як "рівняння стану".
Для темної енергії w=-1 і, отже, ρ залишається сталою. Хоча звичайна матерія з незначним тиском w=0 пропонує ρ, дорівнене оберненому кубу шкали довжини. Якщо не залучений великий тиск, який порушує “енергетичний спокій”.
Поляризований вакуум
Щоправда, фізиків з Люксембурзького університету припускають, що темна енергія може бути пов'язана з енергією вакууму, спричиненою виникненням і взаємодією пар “частинка-античастинка” в порожньому просторі.
Згідно з цим підходом, квантові поля мають перехідні флуктуації пар p-/p+ або "віртуальні збудження". Для електродинамічних полів подібні віртуальні збудження характерні для дрібних і короткоживучих диполів, тобто поле повинно мати власну густину поляризованості.
Крім того, дослідники розрахували скінченну густину енергії казимирівської самоінтеракції такого квантового поля: рівняння стану збігається з рівнянням стану космологічної темної енергії, w=-1. До того ж густина енергії узгоджується з показниками космологічної сталої Λ, але все одно “плаває”.
З особливостей: лінійна поляризація квантового поля описується тензором поляризаційної густини αF(r,r′,t,t′)=δP(r,t)/δE(r′,t′). Це означає, що квантове поле поляризується навіть за відсутності зовнішнього поля.
Водночас якщо ефекти поляризації вакууму експериментально вимірюються за допомогою зовнішніх полів, то можливість спостереження безполюсної поляризації вакууму наразі залишається дискусійним питанням.
Креативна роль чорних дір
Альтернативна теорія полягає в тому, що темна енергія створюється всередині чорних дір. І тут ми отримуємо повністю спекулятивне уявлення на рівні математичної логіки.
Приблизно так.
Масивні чорні діри перебувають у великих галактиках. Астрономи навіть створили перші каталоги космічних об'єктів, які постійно оновлюються.
ЧД впливають на зореутворення, підживлюючись залишками газу. Галактики зростають, збільшуючи тим самим надмасивні чорні діри.
Але, можливо, існує "зворотний зв'язок", коли зореутворення та акреція ЧД “гасять” один одного, корелюючи обсяги взаємних мас та енергій.
Однак дослідження активних галактичних ядер вказують на те, що надвеликі чорні діри здаються набагато масивнішими при більших червоних зміщеннях. Але якщо ми виводимо квазари з аналізу, тоді ЧД “припиняють” еволюціонувати. Вони “застрягають” у заданому дослідником просторі-часі.
Інакше кажучи, концепція “вивітрювання” Стівена Гокінга не знаходить підтвердження, хоча й залишається теоретично вірогідною.
До того ж альтернативна діагностика еволюції червоного зміщення відносно надмасивних чорних дір вказує на незначні зміни мас з урахуванням червоного зміщення. На практиці вирахувати можливий взаємозв'язок між вказаними величинами практично неможливо.
А тому зробити висновок про динаміку енергетичних потенціалів окремих груп астрономічних об’єктів також не представляється можливим.
Адже ми не знаємо, що запускає процес того ж зореутворення. Гравітація, можливо, непрямим чином підтримуємо процес “нагріву” та акреції, але не задає “перший повштих”.
І відрізнити “червоне зміщення” від “розширення всесвіту” ми також не можемо. Тому і підбираємо різні моделі, які хоча б щось пояснюють з математичного погляду.
