Η Σκοτεινή ενέργεια

Η Σκοτεινή ενέργεια

του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου, δασκάλου -συγγραφέα

ΓΕΝΙΚΑ: Στην Κοσμολογία και την Αστρονομία, η σκοτεινή ενέργεια είναι ένα υποθετικό είδος ενέργειας που βρίσκεται παντού στο σύμπαν και που φαίνεται να επιταχύνει τη διαστολή του. Η σκοτεινή ενέργεια είναι η πιο αποδεκτή υπόθεση για να εξηγήσει παρατηρήσεις από το 1990 και έπειτα που δείχνουν ότι το σύμπαν διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό.

Σύμφωνα με δεδομένα του διαστημικού παρατηρητηρίου Planck, και βασιζόμενοι στο λεγόμενο καθιερωμένο κοσμολογικό πρότυπο, η συνολική μάζα-ενέργεια του σύμπαντος φαίνεται να περιέχει 4.9% συνήθη ύλη, 26.8% σκοτεινή ύλη, ενώ περισσότερο από τα δύο τρίτα του αποτελείται από σκοτεινή ενέργεια[68.3%]!

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗ ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Η συνηθέστερη πρόταση για τη φύση αυτής της ενέργειας είναι η λεγόμενη κοσμολογική σταθερά, δηλαδή μια ενέργεια που γεμίζει το χώρο ομογενώς. Μια άλλη πρόταση υιοθετεί το μοντέλο των βαθμωτών πεδίων. Δηλαδή δυναμικές ποσότητες με πυκνότητα ενέργειας που μπορεί να μεταβάλλονται στο χρόνο και στο χώρο. Οι συνεισφορές από τα βαθμωτά πεδία που είναι σταθερές στο χώρο συνήθως επίσης συμπεριλαμβάνονται στην κοσμολογική σταθερά. Η κοσμολογική σταθερά είναι φυσικά ισοδύναμη με την ενέργεια κενού. Είναι αλήθεια, πως τέτοιες απόψεις δε μπορούν να βασιστούν σε πλήρη και αποδεδειγμένη επιστημονική τεκμηρίωση.

Περισσότερο ταιριάζουν με δόγματα παρά με συναρτήσεις που προκύπτουν από τον μαθηματικό ή φυσικό τρόπο αιτιολόγησης. Αλλά, έστω κι έτσι, ας προχωρήσουμε στο θέμα της επιταχυνόμενης συμπαντικής διαστολής. Απαιτούνται μετρήσεις υψηλής ακρίβειας της διαστολής του σύμπαντος, για την κατανόηση του πώς ο ρυθμός διαστολής αλλάζει με το χρόνο. Στη θεωρία της γενικής σχετικότητας, η εξέλιξη του ρυθμού διαστολής παραμετροποιείται από την κοσμολογική καταστατική εξίσωση (η σχέση ανάμεσα σε θερμοκρασία, πίεση, και συνδυασμένες ύλη, ενέργεια, και πυκνότητα ενέργειας κενού για οποιαδήποτε περιοχή του χώρου). Η μέτρηση της καταστατικής εξίσωσης για τη σκοτεινή ενέργεια είναι μία από τις μεγαλύτερες, αλλά προς το παρόν μάλλον ατελέσφορες, προσπάθειες στην παρατηρησιακή κοσμολογία σήμερα.

ΦΥΣΗ ΤΗΣ ΣΚΟΤΕΙΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Πολλά πράγματα για τη φύση της σκοτεινής ενέργειας παραμένουν θέματα υποθέσεων. Οι ενδείξεις είναι έμμεσες.  Όμως, προέρχονται από τρεις διαφορετικές πηγές.

Αυτές είναι: 1. Μακρινές παρατηρήσεις και η σχέση τους με τη μετατόπιση του φάσματος, κατά την ανάλυση του φωτός, προς το ερυθρό, που προτείνουν ότι το σύμπαν έχει επεκταθεί περισσότερο στο δεύτερο μισό της ζωής του. 2. Η θεωρητική ανάγκη για έναν τύπο επιπλέον ενέργειας που δεν είναι ύλη ή σκοτεινή ύλη. 3. Η ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας μπορεί να τεκμηριωθεί από μετρήσεις μοτίβων κυμάτων μεγάλης κλίμακας της πυκνότητας μάζας στο σύμπαν. Γενικά, πάντως, η σκοτεινή ενέργεια θεωρείται ότι είναι πολύ ομογενής, όχι πολύ πυκνή και ότι δεν αλληλεπιδρά με οποιαδήποτε από τις θεμελιώδεις δυνάμεις εκτός της βαρύτητας. Εφόσον είναι αρκετά αραιή, είναι απίθανο να ανιχνευθεί ποτέ σε εργαστηριακά πειράματα. Η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να έχει τόσο βαθιά επίδραση στο σύμπαν, δημιουργώντας το 68% της πυκνότητας του σύμπαντος, μόνο επειδή γεμίζει ομοιόμορφα τον κενό χώρο. Τα δύο κυρίαρχα αστροφυσικά μοντέλα που δικαιολογούν την ύπαρξή της είναι αυτό της κοσμολογικής σταθεράς και αυτό της Πεμπτουσίας1. Και τα δύο συμπεριλαμβάνουν το κοινό χαρακτηριστικό ότι η σκοτεινή ενέργεια πρέπει να έχει αρνητική πίεση.

Η ΜΙΚΡΗ ΣΤΑΘΕΡΗ ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ ΤΟΥ ΚΕΝΟΥ: Ανεξάρτητα από την πραγματική της φύση, η σκοτεινή ενέργεια θα χρειαζόταν να έχει μία ισχυρή αρνητική πίεση, με απωθητική μάλιστα δράση, έτσι ώστε να εξηγήσει την παρατηρούμενη επιτάχυνση στο ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος. Σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα, η πίεση μέσα σε μία ουσία συνεισφέρει στη βαρυτική της έλξη προς άλλα πράγματα, ακριβώς όπως η πυκνότητα της ίδιας μάζας της κάνει. Αυτό συμβαίνει επειδή η φυσική ποσότητα που προκαλεί στην ύλη να παράγει βαρυτικά φαινόμενα περιέχει και την πυκνότητα ενέργειας (ή ύλης) μιας ουσίας αλλά και την πίεσή της και το ιξώδες [κολλώδες] της. Για πολλόυς επιστήμονες, μπορεί να δειχτεί ότι μια ισχυρή σταθερή αρνητική πίεση μέσα σε όλο το Σύμπαν προκαλεί μια επιτάχυνση στη διαστολή, αν το Σύμπαν ήδη διαστέλλεται(!), ή μια επιβράδυνση στη συστολή αν το Σύμπαν ήδη συστέλλεται(!). Το φαινόμενο της επιταχυνόμενης διαστολής μερικές φορές καλείται ως "βαρυτική απώθηση", που είναι γλαφυρή έκφραση αλλά πιθανόν προκαλεί σύγχυση. Για την ακρίβεια, μία αρνητική πίεση δεν επηρεάζει τη βαρυτική αλληλεπίδραση μεταξύ των μαζών -που παραμένει ελκτική- αλλά μάλλον επηρεάζει τη συνολική εξέλιξη του Σύμπαντος σε κοσμολογική κλίμακα, δίνοντας χαρακτηριστικά το αποτέλεσμα της επιταχυνόμενης διαστολής, παρά την έλξη ανάμεσα στις μάζες που είναι παρούσες στο Σύμπαν.

……………………………………………………………….

1. Πεμπτουσία είναι το αόρατο πέμπτο στοιχείο του σύμπαντος σύμφωνα με την κοσμολογία των αρχαίων Ελλήνων , αλλιώς αιθέρας [Αριστοτέλης].