Расширение темной энергии

Космос серьезно использует именно это число? Эгады... если они есть, не принимайте это слишком серьезно, но в остальном они, вероятно, концептуально правильны.

Откуда мы знаем, что это была темная энергия?

В космологии модель ΛCDM соответствует многочисленным наблюдениям, в первую очередь наблюдаемым спутником WMAP , а также другим, семейству решений общей теории относительности Фридмана-Робертсона-Уокера, которые описывают однородную и изотропную Вселенную. $\Lambda$относится к космологической постоянной, которая является простейшей моделью темной энергии и эквивалентна плотности внутренней энергии вакуума — следовательно, она должна быть лоренц-инвариантной, а поскольку время и пространство смешиваются в преобразовании Лоренца, единственное способ, чтобы это было так, состоит в том, чтобы его давление было точно равно отрицательному значению его плотности энергии. С$\Lambda>0$, давление отрицательное, и это то, что отвечает за внешнее гравитационное ускорение Вселенной.

Учитывая, что мы не можем определить или обнаружить темную энергию, почему мы считаем, что это причина?

Космологическая постоянная была определена за восемь десятилетий до открытия космического ускорения, и мы считаем ее причиной, поскольку теоретически она очень проста и соответствует наблюдениям. Однако есть и другие модели темной энергии.

Откуда мы вообще знаем, что произошло это новое ускорение?

Космологическая эволюция описывается уравнениями Фридмана , которые имеют основной вклад излучения, материи и темной энергии в дополнение к пространственной кривизне Вселенной. По мере расширения Вселенной и излучение, и материя разбавляются, а темная энергия — нет. Следовательно, если Вселенная продолжает расширяться, доля темной энергии становится доминирующей как над излучением, так и над материей.

Скорее всего, статья является просто преувеличенной ссылкой на переход между эпохой господства материи и эпохой господства темной энергии . Конкретный номер$6,771,500,000$годы кажутся комично точными для большей части чего-либо в космологии, но поскольку девять лет лучше всего подходят WMAP + eCMB + BAO + H₀ (см. выше ссылку WMAP) для возраста Вселенной$13.772\pm0.059\,\mathrm{Ga}$, предлагаю следующее объяснение:

1. Автор слышит, что возраст Вселенной$13.772$миллиардов лет, и полностью игнорирует любые пределы ошибки этой оценки.
2. Автор слышит откуда-то еще, что эпоха господства темной энергии началась, когда вселенная была вокруг$7$миллиардов лет, и снова считает это число точным.
3. Затем автор вычитает два.

Это объясняет все, кроме последнего$0.5\,\mathrm{Ma}$, что около одной десятитысячной. Я заключаю, что моя теория происхождения числа довольно хорошо согласуется с эмпирическими свидетельствами слов автора. Возможно,$0.5$поскольку следующая цифра была рационализирована автором как своего рода промежуточная точка.

Что касается того, где$7$миллиард лет, у меня есть две догадки.

1. В космологии параметр Хаббла иногда принимается безразмерным путем масштабирования до$100\,\mathrm{km/s/Mpc}$. Например, мы иногда говорим, что$h = 0.704$когда мы имеем в виду, что$H_0 = 70.4\,\mathrm{km/s/Mpc}$. Таким образом,$100\,\mathrm{km/s/Mpc}$является своего рода эталоном сравнения де-факто. Это может быть совпадением, но довольно подозрительно, что если игнорировать вклад излучения (что оправдано, поскольку оно незначительно, за исключением очень ранней Вселенной) и делать вид, что$H_0 = 100\,\mathrm{km/s/Mpc}$, то возраст Вселенной, когда плотности материи и темной энергии равны, будет $$\frac{2\ln(1+\sqrt{2})}{3\sqrt{1-\Omega_\text{M}}}\frac{1}{H_0}\bigg\vert_{\Omega_\text{M} = 0.2865} \approx 0.70H_0^{-1}\bigg\vert_{h = 1.0} \approx 6.8\,\mathrm{Ga}$$ Я использую ссылку на Райдена, приведенную в вики для эпохи доминирования материи выше. Таким образом, я думаю, что кто-то сделал предположение, используя красивое круглое число для параметра Хаббла и округлив до$7$миллиард лет.
2. Переход между преобладанием материи и преобладанием темной энергии является несколько произвольным и условным. Мы могли бы понимать, что когда плотности вещества и темной энергии равны, как указано выше, но в космологическом масштабе давление в три раза важнее плотности энергии (ср. уравнения Фридмана). Таким образом, мы могли бы принять его за время, когда плотность материи вдвое превышала плотность темной энергии. Это будет раньше, чем$9.8\,\mathrm{Ga}$дано в справочнике Райдена, но, возможно, более уместно, потому что уравнения Фридмана предсказывают нулевое ускорение, т. е. это будет переход между внутренним и внешним ускорением. Я не рассчитывал, когда это произойдет, но подобная обычная нечеткость может быть причиной несоответствия между эпохой доминирования материи на вики и страницами эпохи доминирования темной энергии . Хотя последний утверждает$5\,\mathrm{Ga}$вместо этого, а не$7\,\mathrm{Ga}$(но это не объясняет источник).

Так что Космос может быть прав, а может и нет в том, что эра доминирования темной энергии началась, когда Вселенная$7$миллиардов лет, но делая вывод, что это произошло$6.7715\,\mathrm{Ga}$назад, безусловно, считает некоторые цифры слишком точными, чтобы их можно было оправдать.

Что-то в красном смещении?

Я думаю, что на данный момент вам лучше задать отдельный вопрос по конкретным проблемам с моделью ΛCDM, если они у вас есть. Для целей этого вопроса я принимаю ΛCDM как данность, как почти наверняка поступает и Космос.

Да, вопросов много, но главный вопрос в том, откуда мы знаем, что в то время происходило ускоренное расширение?

Стандартная космологическая модель состоит в том, что темная энергия является космологической постоянной. Таким образом, его энергетическая плотность не меняется. Затем становится очевидным, что в какой-то момент космологическое расширение делает материю слишком разбавленной, чтобы конкурировать с темной энергией, и именно тогда темная энергия начинает доминировать. Она была там все время, но до этого материя была достаточно плотной, чтобы вместо этого доминировать.