طبیعت انرژی تاریک

[Jack Daniel'ѕ]

چیزهای بسیاری درباره ی طبیعت انرژی تاریک جای تعمق دارند. شواهد انرژی تاریک غیر مستقیم هستند اما از سه منبع مستقل می آیند:

اندازه گیری های فاصله و رابطه ی آنها با قرمزگرایی، که می گوید جهان در نیمه ی اخیر عمرش بیشتر منبسط شده است.[۹]
نیاز نظری به نوعی انرژی اضافی که نه ماده و نه ماده تاریک است برای تشکیل جهان تخت مشاهده شده(نبود هیچ انحنای جهانی قابلِ یافت).
می تواند از اندازه گیریهای الگوهای موجی جرم در مقیاس بزرگ استنتاج شود.

انرژی تاریک بسیار همگن در نظر گرفته میشود، خیلی چگال نیست و معلوم نیست با کدام یک از نیروهای بنیادی بجز گرانش برهم کنش میکند. هم چنین به علت رقیق بودن، در آزمایشهای آزمایشگاهی قابل شناسایی نیست. انرژی تاریک، با تشکیل 68% چگالی جهان، میتواند تاثیر عمیقی بر جهان بگذارد؛ فقط به این خاطر که بطور یکنواخت جایی را پر میکند که در غیر اینصورت فضای خالی محسوب میشد. دو مدل راهنما، ثابت کیهان شناسی و کوینتسنس (به انگلیسی: quintessence) هستند. هر دو مدل این ویژگی مشترک را دارند که انرژی تاریک باید دارای فشار منفی باشد.


تاثیر انرژی تاریک: فشار کوچک،ثابت و منفی خلأ

مستقل از طبیعت واقعی اش، انرژی تاریک باید یک فشار قوی منفی (که بصورت دافعه عمل کند) داشته باشد، تا بتواند شتاب مشاهده شده ی انبساط جهان را توضیح دهد. بر اساس نسبیت عام، فشاری که در میان ماده است، درست مانند چگالی جرمی در جاذبه ی گرانشی آن ماده بر سایر اجسام سهیم است. دلیل این اتفاق این است که کمیت فیزیکی که باعث ایجاد تاثیرات گرانشی می شود، تانسور ضربه-انرژی است که هم چگالی انرژی (یا جرم) ماده و هم فشار و گرانروی آن را شامل میشود.
در متریک رابرتسون واکر، میتوان نشان داد که یک فشار ثابت، قوی و منفی در تمام جهان، در صورتی که جهان اکنون در حال انبساط باشد، باعث شتاب افزایشی انبساط، و اگر جهان در حال انقباض باشد، باعث شتاب کاهشی انقباض میشود. به طور دقیقتر، اگر معادله ی حالت جهان به گونه ای باشد که w<−1/3 ، مشتق دوم فاکتور مقیاس جهان، a¨ ، مثبت است. (معادلات فریدمان را ببینید)
این تاثیر انبساط تند شونده گاهی "دافعه ی گرانشی" خوانده می شود، که یک عبارت رنگارنگ اما احتمالا گیج کننده است. در حقیقت، یک فشار منفی تاثیری بر برهم کنش گرانشی میان اجرام - که جاذبه باقی می ماند- ندارد؛ ولی در عوض، سیر تکاملی جهان در مقیاس کیهانشناسی را تغییر میدهد که با وجود جاذبه در میان اجرام حاضر در جهان، موجب انبساط تندشونده ی جهان میشود.
شتاب، به سادگی تابعی از چگالی انرژی تاریک است. انرژی تاریک پایا است: چگالی اش ثابت می ماند(به طور تجربی، بین فاکتور1:10). یعنی با انبساط جهان، انرژی تاریک رقیقتر نمیشود.