Темная энергия, темная материя и расширение Вселенной [закрыто]

Есть много причин, по которым темная материя не может распадаться на темную энергию при понижении температуры. @Lawrence Crowell объяснил большинство важных причин и то, что две вещи, темная материя и темная энергия, являются двумя совершенно разными вещами, не связанными друг с другом. Надеюсь, это добавляет к причинам или тому, почему они таковы.

1) Темная материя существует в виде сгустков, как правильно утверждает Лоуренс. Эти скопления вокруг галактик. Темная материя находится там, где есть другая видимая материя, и фактически подсчитано, что ее гравитационное притяжение помогло сформировать галактики и звезды. Он более распространен, чем видимая материя, примерно в 6-7 раз. Общая материя во Вселенной составляет около 30% всей массы-энергии Вселенной, видимой материи около 4-5%, темной материи 24-25%. В большом, усредняя плотность обоих типов материи по нескольким галактикам и скоплениям, скажем, на расстояниях около 300 миллионов световых лет (таким образом усредняя галактики и пространство между ними), эту среднюю или космологическую плотность темной материи, а также видимой материя одинакова или постоянна во всей наблюдаемой Вселенной. Так сказать, по большому счету,

Более того, общее количество материи во Вселенной примерно постоянно с течением времени. По мере расширения Вселенной та же общая материя (включая видимую и темную) становится все более разбавленной по мере увеличения размера Вселенной. Таким образом, плотность уменьшается, т.к.$1/R^3$. Так что да, плотность уменьшается, но общее количество материи (плотность X объем) остается прежним. Это наблюдалось всеми наблюдениями и полностью согласуется со стандартной моделью космологического расширения. Таким образом, уменьшение количества темной материи не наблюдалось. Она не могла превратиться в темную энергию.

2) Была нанесена на карту темная материя, сгущающаяся вокруг галактик. Мы можем измерить ее плотность внутри и в гало галактик и нанести на карту ее как очень небольшую или вообще никакую между ними. Он имеет массу и тяготеет (притягивает другую материю и энергию). Это причина, по которой он помог сформировать галактики и звезды. Считается, что это очень слабо взаимодействующие (кроме гравитации) частицы, которые были остатками сверхвысоких плотностей и температур вскоре после Большого взрыва. Они еще не нашли настоящие частицы, считается, что они, скорее всего, являются вимпсами, слабо взаимодействующими массивными частицами. Пусть они проходят через землю и нас в любое время. Они ищут их. Но ничто не указывает на то, что они исчезают и превращаются в темную энергию. Или наоборот, мы не видим его увеличения.

3) Темная энергия широко освещается Лоуренсом. Подсчитано, что она имеет одинаковую плотность сейчас и в прошлом, и на самом деле общее количество увеличивается по мере того, как Вселенная расширяется и создается больше пространства и объема. Это около 70% массы-энергии Вселенной, плотность постоянна, и поэтому полная темная энергия увеличивается с объемом Вселенной, т.е.$R^3$. По мере его увеличения скорость расширения Вселенной увеличивается — расширение нашей Вселенной ускоряется. Темная энергия не может уменьшаться, все наши наблюдения и измерения согласуются с тем, что описали мы с Лоуренсом. Мы знаем, что ускорение в прежние времена было меньше — когда мы смотрим на галактики 5 миллиардов световых лет назад, мы видим, какими они были 5 миллиардов лет назад. Таким образом, мы можем видеть ускорение с течением времени, и оно согласуется с тем, что плотность темной материи постоянна, а ее общее значение увеличивается вместе с объемом Вселенной.

4) Да, темная энергия более загадочна, чем темная материя, и это совершенно другой зверь. Скорее всего, как утверждает Лоуренс, это некое квантовое поле, возникающее из-за квантовых свойств пространства-времени, или, выражаясь более интуитивно, из фактической энергии пространства. Люди ищут намеки на то, что это может быть, но нет даже хорошей теории квантового пространства-времени, или, как это обычно называют, квантовой гравитации. Некоторые квантовые предположения заключаются в том, что это вакуумные флуктуации пустого пространства. Желание его прогнать, превратив в темную материю, невозможно, оно не распадается, не уменьшается и не превращается во что-то, что мы можем понять.

Вы можете поискать в Википедии информацию о темной энергии и темной материи, а также о расширении Вселенной, она расскажет вам больше. Надеюсь, это поможет понять простые факты и обоснование того, что описано для этих двух темных сущностей.

Одно большое различие между темной энергией и темной материей заключается в их распределении в пространстве. Темная энергия — это энергия вакуума, определяющая космологическую постоянную.$\Lambda~=~8\pi G\rho/c^2$, который, если очень маленький. Темная энергия пока представляется абсолютно однородной и изотропной по распределению. Похоже, что это нечто, присущее вакуумной структуре Вселенной. Темная материя, напротив, неоднородна и существует в виде сгустков. Скопление галактик Пуля образовалось из-за столкновения двух скоплений галактик, и светящаяся материя сгустилась и замедлилась, в то время как темная материя из них продолжает двигаться. Темная материя наблюдается с помощью линзирования Эйнштейном удаленных источников. Кластер Abell 520 имеет аналогичные сигнатуры.

Тогда темная материя, вероятно, возникает из-за какой-то частицы или поля. Темная энергия, скорее всего, является проявлением квантового вакуума, хотя подробности этого неизвестны. Существует теория Стейнхардта, называемая квинтэссенцией, в которой утверждается скалярное поле, определяющее космологическую постоянную.$\Lambda~=~\Lambda(\phi,~\partial\phi)$это своего рода поле частиц, которое имеет вариации. Космологическая постоянная имеет$p~=~w\rho$для$\rho$энергия вакуума и$p$давление. В настоящее время считается, что это постоянная$w~=~-1$, но квинтэссенция имеет

$$w~=~\frac{p}{\rho}~=~\frac{1/2\dot Q^2~-~V(Q)}{1/2\dot Q^2~+~V(Q)},$$ для $Q$это поле квинтэссенции. Это означает космологический термин $\Lambda$является динамической переменной со временем и пространством. Производная по времени $d/ds$расширяется в координатных переменных, что означает, что это поле квинтэссенции является динамическим. Некоторые так интерпретируют темную материю.

Квинтэссенция в основном воспринимается не очень сильно. Некоторые космологические данные не поддерживают эту гипотезу. Можно подумать, почему в пустом пространстве мы имеем$w~\simeq~-1$, но вблизи галактик, скоплений галактик и гало тогда было бы$w~>~0$с положительным давлением, которое ведет себя как материя.

Дело в том, что никто не знает, что такое темная материя и темная энергия. Это имена, данные причинам двух разных явлений.

Темная материя — это название, первоначально данное сущности, которая вызывает равномерную кривую вращения спиральных галактик. Это также закончилось тем, что объяснило вращение скоплений, избыточное гравитационное линзирование и т. д. Таким образом, это имя используется для избыточной гравитации, которую нельзя отнести к видимому или барионному веществу. Если бы мы назвали это прозрачной материей, или невидимой материей, или необнаруженной материей, это не имело бы никакого значения. Пока мы не знаем, что это на самом деле. Это одна вещь, которая не была предсказана GR. Помимо того, что он невидим/прозрачен, он также не интерактивен при физическом контакте. Взаимодействуйте только через гравитацию (пока не обнаружены). Именно поэтому обнаружить его до сих пор не удалось. Он также «холодный», что означает, что он не взаимодействует с электромагнитными волнами и, следовательно, не излучает и не поглощает никаких излучений. Эти свойства (прозрачность,

Темная энергия — это имя, данное сущности, которая заставляет вселенную расширяться (в настоящее время может происходить ускоренными темпами). Здесь та же история - мы не знаем, что это такое. Если мы назовем это как-то иначе, это ничего не изменит. Вот почему некоторые называют ее космологической постоянной. Таким образом, это, возможно, было предсказано ОТО, но позже было опровергнуто.

Поскольку эффекты настолько противоположны (избыточная гравитация против отрицательной гравитации), маловероятно, что одно сменится другим.

Темная энергия уже признана большинством как свойство пространства.

Пока она не обнаружена и не доказана, не должно быть никаких проблем с рассмотрением темной материи, состояния пустого пространства.

Чтобы избежать путаницы, нам нужны согласованные имена, поэтому используются названия темная материя и темная энергия.