ฉันไม่เคยเข้าใจทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังว่าทำไมสสารมืดและพลังงานมืดจึงมีอยู่ ฉันรู้ว่ามันมีบางอย่างเกี่ยวกับแรงดึงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งกว่าที่เราคำนวณไว้ควรเป็นใครจะอธิบายรายละเอียดนี้ได้ไหม?
ฉันไม่เคยเข้าใจทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังว่าทำไมสสารมืดและพลังงานมืดจึงมีอยู่ ฉันรู้ว่ามันมีบางอย่างเกี่ยวกับแรงดึงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งกว่าที่เราคำนวณไว้ควรเป็นใครจะอธิบายรายละเอียดนี้ได้ไหม?
คำตอบ:
บางส่วนเพิ่มเติมในคำตอบของ MBR:
ในความเป็นจริงเราไม่ทราบว่าสสารมืดและพลังงานมืดมีอยู่จริง แต่เรามีเงื่อนงำทางอ้อม คุณมักจะเห็นการกล่าวอ้างว่าสสารมืดและพลังงานมืดเป็นปัญหาใหญ่สองเรื่องของจักรวาลในปัจจุบันรวมถึงโดยนักดาราศาสตร์มืออาชีพ แต่นี่เป็นความเข้าใจผิดทางญาณวิทยา: คุณไม่สามารถเรียกสมมติฐานว่าเป็นปัญหาได้
ขณะนี้เรามีความผิดปกติเชิงสังเกตการณ์หลายอย่าง (ตามที่นิยามไว้โดย T. Kuhn): กล่าวคือเส้นโค้งการหมุนของกาแลคซี, ความส่องสว่างของซุปเปอร์โนวา, สเปกตรัมพลังงานของ CMB ... (และบางสิ่งเพิ่มเติมเช่นความยากลำบากในการวัด G หรือตรวจจับ คลื่นความโน้มถ่วงโดยตรง)
ตามประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์เรามี 3 วิธีในการแก้ความผิดปกติเหล่านี้:
สสารมืดและพลังงานมืดเป็นวิธีการออนโทโลยีสองวิธีที่ดูเหมือนว่าจะทำงานได้ดี: โดยการเพิ่มส่วนประกอบง่าย ๆ สองอย่างเราสามารถจับการสังเกตที่หลากหลาย นี่คือเหตุผลที่นักดาราศาสตร์ชอบพวกเขา: การสร้างแบบจำลองของพวกเขาค่อนข้างง่ายและอนุญาตให้พอดีกับทุกอย่างได้ดี แต่สำหรับตอนนี้เราไม่รู้จักธรรมชาติของพวกเขา
บางคนบอกว่าด้วยWMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) และPlanck space Observiceเราได้เข้าสู่ยุคของจักรวาลวิทยาที่มีความแม่นยำ: แต่นี่เป็นเรื่องจริงหากกระบวนทัศน์สสารมืด / พลังงานมืดของเรานั้นถูกต้อง หากไม่ใช่กรณีนี้เราไม่ได้ตีความอย่างถูกต้องในสิ่งที่เราวัด แต่ในที่สุดมาตรการที่แม่นยำยิ่งขึ้นสามารถนำไปสู่มุมมองที่ดีขึ้นของความผิดปกติทางดาราศาสตร์ในปัจจุบัน
สสารมืดและพลังงานมืดเป็นสองวิธีที่สวยงามและมินิมัลลิสต์สำหรับปัญหาพื้นฐานหลายประการ นี่เป็นหัวข้อที่ร้อนแรงในจักรวาลวิทยา แต่เราอาจตระหนักได้ว่าวันหนึ่งเรามีปัญหาเพราะกระบวนทัศน์ปัจจุบันของเราผิดพลาด
สสารมืดและพลังงานมืดเป็นสองสิ่งที่แตกต่างกัน
สสารมืด :
สสารมืดจำเป็นต้องอธิบายเหนือสิ่งอื่นใดโค้งการหมุนของกาแลคซี ใครจะคาดหวังว่าเส้นโค้งการหมุนเหล่านี้จะลดลงในรัศมีขนาดใหญ่ (เพราะเราควรคาดหวังว่าการหมุนของ keplerian สำหรับกาแลคซี) และไม่ใช่ในกรณีนี้เส้นโค้งการหมุนจะแบนราบ ลวดลายนั่นคือสสารมืด สสารมืดยังอธิบายคุณสมบัติของกระจุกกาแลคซีบางแห่งและความผันผวนของ CMB
พลังงานมืด :
จำเป็นต้องใช้พลังงานมืดเพื่ออธิบายการขยายตัวของเอกภพ การขยายตัวนี้ส่วนใหญ่วัดโดยใช้ Type Ia supernovæ (thermonuclear supernovæซึ่งเป็นผลของสสารแคระขาวที่เพิ่มขึ้นและถึงมวล Chandrasekhar) ซึ่งเป็น "เทียนมาตรฐาน" ขนาดที่แน่นอนของวัตถุเหล่านี้มีความคิดว่าเป็นที่รู้จักกันดีดังนั้นหากคุณสังเกตพวกมันในจักรวาลคุณสามารถอนุมานระยะทางจากจุดเปลี่ยนสีแดงได้อย่างง่ายดาย การสำรวจเหล่านี้แสดงให้เห็นการขยายตัวของเอกภพที่เร่งตัวขึ้น (โดยการขยายตัวเราหมายถึงระยะทางสัมพัทธ์ระหว่างกาแลคซีไกลโพ้นทั้งสองกำลังเพิ่มขึ้นระยะทางในจักรวาลท้องถิ่นไม่ได้รับผลกระทบ) เพื่อการเร่งความเร็วนี้เราต้องการพลังงานบางส่วนที่กระจายอย่างสม่ำเสมอในเอกภพนั่นคือพลังงานมืด
อย่าสับสน:
พลังงานมืดและสสารมืดไม่สามารถถูกเข้าใจผิดอย่างใดอย่างหนึ่งต่อกันเพราะพลังงานมืดมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอในจักรวาลในขณะที่สสารมืดตามการกระจายบางอย่าง (โดยทั่วไปจะกระจายมากขึ้นหรือน้อยลงกับเรื่อง)
คำสุดท้าย:
ในที่สุด "สสารมืด" และ "พลังงานมืด" ส่วนใหญ่เป็นคำที่บ่งบอกลักษณะความไม่รู้ของเราในการสังเกตการณ์เหล่านี้ซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ด้วยกฎหมายมาตรฐานทางฟิสิกส์ นั่นคือเหตุผลที่มีงานที่หนักหน่วงเช่นนี้ในวิชาเหล่านี้เพื่อพยายามทำให้ลักษณะที่มืดเหล่านี้ดีขึ้นและเข้าใจสิ่งที่พวกเขาอาจเป็นได้
อีกสิ่งหนึ่งเกี่ยวกับพลังงานมืด / สสาร:
ผู้คนมีความคิดที่ดีว่าพลังงานมืดมีอยู่เพราะเมื่อคุณทำแผนภูมิการขยายตัวของวัตถุสองชิ้นในเอกภพเมื่อเวลาผ่านไปจากจุดกำเนิดของมันจะมีเส้นโค้งเป็นระฆัง โดยทั่วไปความเร็วของการขยายตัวของเอกภพเริ่มต้นเร็วขึ้นช้าลงและเร็ว ๆ นี้ (หรืออย่างน้อยก็ค่อนข้างเร็ว) การขยายตัวก็กลับมาเร่งความเร็วอีกครั้ง นี่ก็หมายความว่าเมื่อเอกภพเริ่มต้นมันก็ขยายตัวอย่างรวดเร็วและเมื่อโมเมนตัมนี้เริ่มขึ้นสถานะแรงโน้มถ่วงเริ่มดึงสิ่งต่าง ๆ กลับมารวมกัน อย่างไรก็ตามเพื่ออธิบายการเร่งความเร็วที่เร็วขึ้นของการขยายตัวจะต้องมีแรงที่เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปและสามารถทำให้เกิดการเร่งความเร็วในการขยายตัว (ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นระหว่างกาแลคซีในพื้นที่เช่นระบบสุริยจักรวาลและกาแล็กซี มากถึงแข็งแกร่งที่จะได้รับผลกระทบ) มีความเชื่อกันว่าเมื่อจักรวาลขยายตัว พลังงานมืดเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอเพื่อครอบครองพื้นที่ใหม่ ซึ่งหมายความว่าพลังงานมืดจะเพิ่มขึ้นจึงเร่งการขยายตัว
เรารู้ว่าจักรวาลกำลังขยายตัวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสีแดง โดยพื้นฐานแล้วเมื่อแสงเดินทางผ่านจักรวาลเอกภพก็กำลังขยายตัว ในระยะที่เพียงพอแสงจะสูญเสียพลังงานอย่างเห็นได้ชัดดังนั้นแสงสีม่วงจะตกสู่สีแดง (ด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนชื่อเป็นสีแดง) นี่เป็นเพราะเมื่อมองจากเอกภพที่กำลังขยายตัวของเราแสงจะสูญเสียพลังงานเมื่อจริง ๆ แล้วมันต้องเดินทางต่อไปเมื่ออวกาศขยายตัว
สำหรับสสารมืดในระยะสั้นเรารู้ว่ามีบางสิ่งที่มีแรงโน้มถ่วงที่เราไม่สามารถตรวจจับได้ สสารมืดซึ่งแตกต่างจากพลังงานมืดนั้นไม่เหมือนกัน มันก่อตัวเป็นเกลียวคล้ายการก่อตัวซึ่งสอดคล้องกับการก่อตัวของกลุ่มกาแลคซี