Қараңғы энергия. Физика, 11 сынып, презентация.

КОСМОЛОГИЯ

Қараңғы энергия

Оқу мақсаты:

11.9.1.5 – Ғалам мен қараңғы энергияның үдеуіне қатысты дауларды талқылау;

Ой бөлісу:

Үлкен жарылыстың стандартты моделіне сәйкес, Ғалам дамуда, өзгеруде және кеңеюде.

Сұрақ: Қараңғы материя мен қараңғы энергия деген не? Осы орайда қандай болжамыңыз бар?

Ғаламның қисық сызығы

Біз өз Ғаламды Евклидтік (жалпақ) кеңістік ретінде қабылдаймыз,

бірақ кеңістікте біз оны байқамайтын шамалы қисықтық болуы

мүмкін екенін жоққа шығара алмаймыз. Онда оң қисықтық, теріс қисықтық бар ма немесе ол тегіс пе?

Егер Ғаламда теріс қисық сызық болса, онда Ғаламның кеңеюі ешқашан тоқтамайды, дегенмен кеңею жылдамдығы, оның бөліктерінің тартылыс әсерінен төмендейді. Мұндай ғалам ашық және шексіз болар еді.

ауырлық күшінің әсері жеткілікті күшті болады, осылайша кеңею тоқтап, ғалам үлкен дағдарыс жағдайында өздігінен тарала бастайды.

Cудьба Вселенной будет зависеть от средней плотности массы-энергии во Вселенной.

Критическая плотность вещества, от которой зависит характер расширения,

Критикалық тығыздық

Ғаламның тағдыры ғаламдағы масса - энергияның орташа тығыздығына байланысты болады. Заттың критикалық тығыздығы, оның кеңею сипаты,

G – гравитациялық тұрақты, H – Хаббл тұрақтысы,

1 пк = 3,08 ∙ 1013 км, онда 1 Мпк=3,08 1019 км,

H =2,2 ∙ 10-18 с-1.

Сонда заттың критикалық тығыздығы к  10-26 кг/м3.

Ғаламның тығыздығы

Орташа тығыздық критикалық мәннен асып кетсе,

кеңістік-уақыт оң қисықтыққа ие болады, ал ауырлық күші

тұрақты кеңеюге жол бермейді.

Ақыр соңында (егер  > к болса) ауырлық күші ғаламды үлкен дағдарысқа қайтарады.

Егер оның орнына нақты тығыздық критикалық тығыздыққа

тең болса ( = к ), Ғалам тегіс және ашық болып, әрдайым кеңейе беретін еді.

Ғалымдар тәжірибелері Ғаламның жазық екендігіне сендірді, бірақ бұл жай бариондық зат бола алмайды (атомдар барионның 99,9% құрайды - протондар мен нейтрондар - массасы бойынша). Ғаламда қалыпты барионикалық заттардың мөлшері критикалық тығыздықтың тек 5% құрайды. Қалған 95% не құрайды?

Қараңғы материя деп аталатын Ғаламдағы жарықсыз заттардың едәуір мөлшері, әдетте, ауырлық күшінің әсерінен әрекет етеді, бірақ көрінетін жеткілікті жарық сіңірмейді немесе шығармайды.

Мысалы, галактикалардың айналуын бақылап отырғанымыздай, олар біз көріп отырғанымыздан едәуір үлкен масса сияқты айналады. Сонымен, галактиканың ортасынан алыс жұлдыздар заттардың тартылысы болса ғана тезірек айналады, осыдан көзге көрінбейтін заттардың көп мөлшерін де болжай аламыз.

Сол сияқты, кластерлер ішіндегі галактикалардың қозғалысын бақылау олардың массасынан көрінетіннен едәуір үлкен болатындығын көрсетеді. Сонымен қатар, теория қара материясыз, галактикалар мен жұлдыздар пайда болмай, пайда болмайтын еді деп болжайды. Қараңғы зат ғаламды ұстап тұрған сияқты.

Қараңғы энергия – ғарыштық үдеу

1998 жылы Соль Перлмуттер басқарған ғалымдар тобы мен Брайан Шмидт пен Адам Рис бастаған екінші топ үлкен тосынсый туралы хабарлады. Гравитация бүкіл ғаламда басым күш болып саналды және уақыт өткен сайын ғаламның кеңеюі баяулауы керек деп есептелді.

Бірақ өте Ia-типтегі жаңа жұлдыз өлшеулері күтпеген жерден өте алыстағы жаңа жұлдыздардың күткеннен гөрі нашар екенін көрсетті. Яғни, олардың үлкен d қашықтығы, олардың төмен жарықтығымен анықталса, жылдамдығы өлшенген z арқылы анықталады, Хаббл заңына сәйкес күтілгеннен аз болды.

Бұл нәтиже жақын галактикалар бізден әлдеқайда алыс орналасқан галактикалар тезірек қозғалады дегенді білдіреді және бұл Ғаламның кейінгі дәуірлерде кеңеюі дегенді білдіреді.

Ғаламның кеңеюіндегі бұл үдеу (массалар арасындағы гравитациялық тартылыс салдарынан күтілетін баяулаудың орнына) шамамен 7 миллиард жыл бұрын басталған сияқты.

Космологиядағы қараңғы энергия - бұл Хаббл заңының бұзылуында көрінетін құбылыс: Ғалам жылдамдықпен емес, үдеумен кеңейеді.

Қараңғы энергия табиғаты

Қараңғы энергияның мәні - бұл пікірталас. Ол өте біркелкі таралған, тығыздығы төмен және тартылысты қоспағанда, белгілі бір негізгі өзара әрекеттесу түрлері арқылы айтарлықтай әсер етпейтіні белгілі. Қараңғы энергияның гипотетикалық тығыздығы тым жоғары емес болғандықтан, оны зертханалық тәжірибе арқылы анықтау екіталай (мұндай ашылулар туралы бұрын-соңды айтылған болса да). Қараңғы энергия Ғаламға осындай әсер етуі мүмкін (барлық энергияның 70% құрайды), өйткені ол бос кеңістікті біркелкі толтырады.

https://www.youtube.com/watch?v=6SGyrU5wHC0

Ғаламның ауырлық күшіне қарсы кеңеюін тездетудің себебі неде болуы мүмкін? Гравитация туралы түсінігімізді қайта қарастыруымыз керек пе?

Көптеген ғалымдар қараңғы энергия қазіргі кездегі физика ғылымының алдында тұрған ең үлкен құпия деп айтады. Қараңғы энергияның табиғатын түсіндіретін екі негізгі модель бар: «космологиялық тұрақты» және «квинтэссенция».

Бір идея - бұл квинтессенция деп аталатын кванттық өрістің түрі.

Басқа мүмкіндік космоста жасырылған энергияны (вакуумдық энергия) қамтиды және космологиялық тұрақты деп аталатын жалпы салыстырмалылық теориясының аспектісіне жатады.

Қараңғы энергияның мәнін түсіндірудің екі нұсқасы бар:

      Қараңғы энергия - бұл космологиялық тұрақты -Ғаламның кеңістігін біркелкі толтыратын тұрақты энергия тығыздығы (басқаша айтқанда: нөлдік емес вакуумдық энергия орналастырылған)

     Қараңғы энергия - бұл белгілі бір квинтессенция - динамикалық өріс, оның энергия тығыздығы кеңістік пен уақытта өзгеруі мүмкін.

     Екі нұсқа арасындағы түпкілікті таңдау уақыттың өзгеру жылдамдығын түсіну үшін Ғаламның кеңею жылдамдығын дәлме-дәл өлшеу қажет.

Ғаламның кеңею жылдамдығы күйдің космологиялық теңдеуімен сипатталады. Қараңғы энергияға арналған күй теңдеуін шешу қазіргі заманғы бақылаушы космологияның маңызды мәселелерінің бірі болып табылады.

     Қараңғы энергия сонымен қатар ғаламның жасырын массасының маңызды бөлігі болуы керек.

Ғаламдағы жалпы энергияның үлесі (шамамен)

Бүгінгі күні ғаламшардағы масса-энергияның шамасы туралы болжам бойынша:

70% қараңғы энергия

Ауырлық күшіне байланысты заттың 30% құрайды.

      Олардың 30%, шамамен

25% - қараңғы зат, 5% - бариондар (олардың ішінде атомдар бар);

      оның 5% -ы ғана оңай көрінетін материя - жұлдыздар мен галактикалар (яғни, олардың жалпы санынан 0,5%);

Көрінбейтін тағы бір қарапайым зат - бұл көбінесе газ тәрізді плазма.