Този епизод се излъчва с помощта на The Great Courses Plus. Изчезнала ли е всичката тъмна енергия? Екип учени анализира последните данни и твърди, че трябва напълно да преосмислим съществуването ѝ.
[МУЗИКА] ПРОСТРАНСТВО-ВРЕМЕТО През 1998 г. два независими екипа астрономи направиха много противоречиво изявление: Вселената не само се разширява, но и това разширяване се ускорява.
Откритието беше направено с наблюдения на избухванията на супернови от тип Ia. Тези експлодиращи бели джуджета имат предсказуеми светимости, които позволяват на астрономите да определят разстоянието до тях. С набор от достоверни разстояния в порядъците на милиарди св.г.
двата екипа направиха карта на историята на разширяването на Вселената. Те очакваха да видят забавящо се разширяване поради гравитационното притегляне на материята във Вселената. Вместо това те откриха, че разширяването се ускорява
през втората половина от възрастта на Вселената. Изглеждаше, че нещо действа противоположно на гравитацията. Натиск навън, станал известен като „тъмна енергия“. Това откритие спечели на ръководителите на екипите нобеловата награда.
Adam Riess, Brian Schmidt и Saul Perlmutter. За потапяне в тайните на тъмната енергия сме изготвили плейлиста по темата. Съдържанието ѝ е доста хардкор, но си струва гледането. Може би след този клип. Защо отново говорим за тъмната енергия?
Защото друг екип тъкмо оповести нов анализ на обновени данни от супернови. Те твърдят, че данните са съвместими с отсъствие на тъмна енергия. Няма ускорено разширяване. Предполагат, че Вселената може да се разширява с постоянна скорост.
Без ускорение, но и без забавяне. Това твърдение е също толкова противоречиво, колкото и откритието на тъмната енергия, защото днес тъмна енергия е общоприета. Разбира се медиите скочиха на новината, като не предложиха никаква полезна информация.
Помислихме си, че би било добре да обмислим хубаво, преди да изхвърлим почти 20-годишен труд в областта на тъмната енергия, а и да изтрием плейлистата си, обоснована на този труд. През октомври 2016 г., екипът на Nielsen, Guffanti и Sarkar публикува статия със заглавие
Несъществени доказателства за ускоряване на разширяването от данни от супернови от тип Ia Статията се появи в престижното списание Нейчър и това ѝ помогна да събере доста внимание. Както и при оригиналното откритие на тъмната енергия,
тези учени анализират данни от супернови от тип Ia, за да проследят историята на разширяването. Но през последните 18 години сме направили доста повече допълнителни наблюдения на тези избухващи бели джуджета.
740, в сравнение с 10те, използвани от Riess и Schmidt и 49те от Perlmutter. Новите играчи твърдят, че значително по-голямата извадка е съвместима с липса на ускорение,
а повече данни означават по-висока достоверност, нали? И така, тъмната енергия просто изчезна ли? Всъщност не съвсем. Ето защо: новото изследване всъщност е в съгласие със старите резултати...
почти. То показва, че ускоряваща се Вселена с тъмна енергия все пак най-добре пасва на данните. Разликата е, че данните са съвместими и с по-широк набор от възможни минали хронологии на разширяването,
и че новите данни допускат хронологии, в които не е имало ускорение. Ускоряващото се разширяване все още е предпочитано, но и равномерното е вече допустимо, при това със сходна достоверност. Искам да поговорим за това, как учените анализират астрофизически данни.
Да говорим за числа. Новото изследване твърди, че достоверността на положителна космологична константа е 3σ (сигма). Бързо припомняне: космологичната константа Λ (ламбда)
се добавя в уравненията на Айнщайн от общата теория на относителността, за да се получи антигравитационният ефект на тъмната енергия. Ако космологичната константа съществува и е положителна, то тъмната енергия е нещо реално.
И така, 3σ достоверност за положителна космологична константа означава следното: ако експериментът се повтори много, много пъти, в около 0,27% от тях неточностите и грешките в данните ще доведат до това, вселена без тъмна енергия да изглежда като вселена с тъмна енергия.
Така средно един от триста експерименти ще даде грешен 3σ резултат. Като вземем предвид хилядите различни експерименти на професионалните учени, то може по всяко време да се появят грешни 3σ резултати. Така за наистина голямо научно твърдение,
като това за съществуването на тъмната енергия, 3σ не е достатъчно. Учените се стремят да постигнат поне 5σ достоверност. Едва един от 3,5 милиона резултати с 5σ достоверност е грешен. Така новият резултат не дава достатъчна достоверност само с данни от супернови.
Никой не може да твърди, че това доказва нещо, в най-добрия случай това е само намек. Но има и нещо, пропуснато от пресата: оригиналните статии на нобелистите
също бяха с 3σ достоверност за съществуването на положителна космологична константа, само въз основа на данните от супернови. Но защо тогава това беше важно? Защото те не разгледаха само данни от супернови,
а и ние не може. Ако добавим другите ни знания за Вселената, достоверността на съществуването на тъмната енергия се изстрелва до 5σ за всичките изследвания.
Все още не можем да наблюдаваме директно тъмната енергия. Можем само да изведем съществуването ѝ по това как влияе на разширяването на Вселената. Това означава, че трябва да вземем предвид всички фактори, влияещи на разширяването, за да решим дали тъмната енергия е част от уравнението.
Всъщност има само два фактора, които могат да променят начина, по който Вселената се разширява: това са неща, ускоряващи го и които наричаме тъмна енергия,
и неща, които го забавят, в случая само гравитационното привличане на обикновената енергия, това е най-вече тъмна материя, но и звезди, планети, газове, лъчения и т.н. Тази графика показва съотношенията между тези типове енергия:
тъмната енергия по y, обикновената енергия (и материята) – по x. За да сме по-прецизни, тези числа ΩΛ (омега-ламбда) и Ωm (омега-ем), показват относителните дялове в сумарната енергия на Вселената на тези два вида, предполагайки, че Вселената е плоска,
каквато тя навярно е. Ще се върнем към това. Тези сини елипси представят областите на съотношения на материя и тъмна енергия, които са в съгласие с новите данни от супернови. Статистическата проверка на хипотези е една отделна огромна тема,
сложили сме линкове в описанието, но грубо казано, вътрешният овал е най-вероятната област с 95% сигурност, областта с 1σ. Наистина, ΩΛ и Ωm могат да са навсякъде в нея,
въпреки, че с отдалечаването от центъра ѝ е все по-малко вероятно. Голямата полемика е, че границата на 3σ областта докосва нулевата ΩΛ линия. Така, ако вземем предвид само данните от супернови, показани с тези области,
изглежда, че има малка вероятност да се намираме в тази част на графиката: малка или нулева тъмна енергия. Само, че долният ляв ъгъл показва също и вселена, в която почти няма материя.
Нулева ΩΛ, но и нулева Ωm. Но Вселената със сигурност съдържа материя. Дори и знаем доста добре колко. Като броим галактиките и претегляме тъмната материя получаваме, че Ωm е най-вероятно 0,3
и не по-малко от 0,2. Значи можем да зачеркнем цялата тази област от графиката. В това число да зачеркнем областта, където резултатите от суперновите позволяват липса на тъмна енергия.
Това беше известно през деветдесетте, поради което и първите резултати от супернови бяха разгледани сериозно. Друго мощно доказателство е, че съотношението между ΩΛ и Ωm определя геометрията на Вселената.
Ако сборът им е едно, то Вселената е плоска, т.е. успоредните прави си остават успоредни, сумата на ъглите в триъгълника е 180 градуса, геометрията работи по обичайния начин.
В относително празна и разширяваща се вселена, както е в тази част от графиката, пространството не би било плоско. Би имало странна хиперболична кривина.
Ще ви препратя към друго видео, за детайли от геометрията на Вселената. Основното тук е, че може да разберем къде се намираме в графиката, като измерим геометрията на Вселената. В този епизод говорим и как
използвайки характерни особености в реликтовото микровълново лъчение, за измерването на триъгълници с вселенски размери. Така получената геометрия е много плоска, следователно Вселената лежи на тази линия. Малко опростих нещата.
Измерванията на реликтовото лъчение разполагат Вселената в тези оранжеви области. 1, 2 и 3σ регионите на микровълновите измервания. Малката област, където тези измервания и резултатите от суперновите се припокриват, представя най-вероятното съотношение между тъмна енергия и материя.
Като комбинираме областите на достоверност на тези напълно независими изследвания, получаваме много по-стриктна област от възможности. И областта без тъмна енергия тук долу е далече от най-вероятното сечение,
така, че можем да я игнорираме, при това с достоверност над 5σ. А има и други доказателства, които също ни отдалечават от тази област. Например барионните акустични осцилации, но това също е разгледано в един от предишните ни епизоди.
Да обобщим: всичко, което знаем за гравитацията заедно с измерената история на разширяването, сочи, че има нещо, което се противопоставя на гравитационното привличане на материята
и заглажда геометрията на пространството. Ускореното разширяване вече не изглежда куриозно. Сигурни сме, че вече се е случвало, при това по-бързо, скоро след Големия взрив в епохата на космическата инфлация.
Така, че това е нещо, което се случва във Вселената. Тъмната енергия, каквото и да представлява, съществува. Въпреки това новото изследване е доста важно. То показва едно от най-големите достойнства на научния метод и светоглед.
Без значение колко общоприето всичко, което си мислим че знаем, то винаги трябва да се подлага на съмнение и проверка. Сега трябва да разберем защо резултатът намали достоверността. Има разлики в резултатите с предишните експерименти. Какво следва от това?
Може да сте сигурни, че учените ще разгледат продължително и внимателно доказателствата за тъмната енергия и за ефекта ѝ върху разширяването на пространство-времето. Благодарим на The Great Courses Plus за спомоществувателството на този епизод.
The Great Courses Plus е образователна платформа, даваща достъп до широк обхват от курсове, водени от преподаватели от цял свят в т.ч. и от най-елитните университети. Отидете на thegreatcoursesplus.com/spacetime за достъп до множество лекции по природни науки, математика, история, литература или дори готварство, шах или фотография.
Всеки месец се добавят нови теми, лекции и преподаватели. Например курсът "The Life and Death of Stars" (Животът и смъртта на звездите) на Keivan Stassun ме научи на страхотни неща за останките на звездите след смъртта им. С The Great Courses Plus може да бъдете на лекции колкото си искате, по всяко време, навсякъде,
без контролни и изпити. Помогнете на поредицата ни и почнете вашия пробен безплатен месец, като кликнете на линка в описанието или директно на thegreatcoursesplus.com/spacetime.
От няколко седмици не бяхме отговаряли на коментари, така че имаме за наваксване. Искам да отговоря на въпроси относно колонизацията на Марс и за интерпретацията за многото светове в квантовата механика. Първо Марс: някои от вас критикуват идеята ми за центробежния град като прекалена.
Може би 0,4g е достатъчно за здравето на костите ни, в краен случай можем просто да носим по-тежки дрехи. Да, може би центробежният град е прекален. ПРЕКАЛЕНО СТРАХОТЕН!
Все пак, да се ходи цял живот с обувки за Луната и оловно облекло не е шик, а и помага само на костите и мускулите. Не е ясно как органите реагират на ниска гравитация, по-специално сърцето и при това в течение на десетилетия.
Идеята ми е, че съществуват правдоподобни възможности и въртящ се в затворен пръстен магнитно-левитационен град е една такава. Освен това, като почне революцията, градовете-центрофуги ще доведат до важен спор между Земляните и Марсианските пуристи за 0,4g.
И сега за многото светове. Някои от вас попитаха как експериментът с двата процепа е бил реализиран. Колко малки са процепите, на какво разстояние са и т.н. Хубавото на този експеримент, е че може да се направи доста лесно със светлина.
Най-добра интерференчна картина се получава при разстояние между процепите е близко до дължината на вълната на светлината, а самите процепи са значително по-тесни от това разстояние. Например разстояние от 500 нанометра за видимата светлина.
Експериментът работи и при по-големи разстояния и по-широки процепи. Все пак, за първи път е направен от Томас Йънг през 1803 г., като пробил две дупки в екран. Всъщност дифракцията се наблюдава с невъоръжено око, няма нужда дори и от два процепа.
Самостоятелен процеп прави тъмни интерференчни ивици. Направете тесен процеп между пръстите си, доближете ги до окото си и погледнете към светлина. Ще видите тъмни вертикални ивици.
Защо говорим за тъмната енергия отново? Защото екип учени тъкмо оповестиха нов анализ на информация от супернова. Твърдят, че информацията е точна и сочи към това, че НЯМА тъмна енергия и нарастване на скоростта на разширяване на вселената.
Те предлагат, че вселената се разширява с константна скорост – не се ускорява, но реално дори се забавя.
В този епизод Мат обсъжда това доста противоречиво становище и дали трябва да хвърлим на боклука близо 20 години изследване на тъмната енергия.
Олеле, какво видео от PBS Space Time, видеа за самата „Тъмна енергия“ – скоро!
Това видео е втора част от поредицата за Тъмна Енергия на PBS Space Time
Част 1/4: Ще се разширява ли вселената завинаги?
Част 2/4: Тъмната енегия изчезна ли?! (тази статия)
Част 3/4: Защо Вселената се нуждае от Тъмна Енергия?
Част 4/4: Какво наистина прави Тъмната Енергия?
Приятно гледане!
