Delen:
Top 10 theorieën over donkere energie
De mensheid heeft een enorme hoeveelheid informatie vergaard over ons universum en hoe het werkt. We zijn er trots op de meest intelligente soort op aarde te zijn, en tot nu toe de meest capabele soort in het hele universum.
De informatie die we hebben over de structuur van ons universum is echter afgeleid van de slechts 4 procent die we reguliere, gewone materie kunnen waarnemen, meten en analyseren. De resterende 96 procent is "donker" spul. Het is donker omdat we er niets van weten (en omdat natuurkundigen vaak de creativiteit missen op de naamgevingsafdeling).
Van die 96 procent is ongeveer 68 procent donkere energie. Dit maakt het de grootste component van het universum en op dit moment het meest mysterieuze. Duizenden wetenschappers over de hele wereld werken aan het ontcijferen van deze mysterieuze energie die lijkt aan te geven hoe ons universum grote structuren creëert.
Zonder duistere energie zou ons universum uiteindelijk eindigen in een 'Big Crunch' - een door zwaartekracht gedomineerd lot waarin het universum snel in elkaar stort. Dus, hoewel we niet weten wat donkere energie is, zouden we dankbaar moeten zijn dat het daar is.
Hier zijn de top 10 theorieën over wat donkere energie zou kunnen zijn en wat elk scenario ons kan vertellen over het lot van ons universum.
Uitgelicht beeldtegoed: National Geographic10 Het is een eigenschap van ruimte
Deze theorie is afgeleid van Einsteins theorie van de zwaartekracht, meer bepaald van het feit dat "lege ruimte" zijn eigen energie kan hebben - "de kosmologische constante" genoemd. Einstein geloofde ook dat ruimte uit het niets kon ontstaan en naarmate er meer ruimte werd gecreëerd daardoor kan meer energie worden vastgehouden.
Dit zou de snelle expansie van het universum dat we waarnemen verklaren. Dit soort universum zou zich voor altijd blijven uitbreiden totdat elk object in het universum zo ver weg was van elk ander object dat alles zou eindigen in koude duisternis.
9 Theorie van alles
Veel astronomen geloven dat het zoeken naar donkere energie nutteloos is. In plaats daarvan vertellen ze dat het vinden van de ongrijpbare 'theorie van alles' (niet de Stephen Hawking-film) het probleem van donkere energie op natuurlijke wijze zou oplossen.
Deze theorie zou het gedrag van alle objecten in het universum moeten kunnen verklaren - van heel groot tot ongelooflijk klein. Voor nu zijn onze theorieën over hoe het universum werkt onderverdeeld in grootschalige theorieën (zoals de theorie van de zwaartekracht) en kleinschalige theorieën (zoals kwantummechanica).
Hoewel het oplossen van het probleem van donkere energie op deze manier logisch verantwoord is, is het vinden van deze theorie onmogelijk gebleken voor zelfs de intelligentste geesten in de natuurkunde. Normale wetten van de natuurkunde lijken te "breken" wanneer men het kwantumniveau bereikt. Maar helaas, het zoeken gaat door.
8 Het creëert een nieuwe fundamentele kracht
De fundamentele krachten die we kennen (zwaartekracht, elektromagnetisme, zwakke kracht en sterke kracht) werken allemaal binnen verschillende grenzen. Sommige beïnvloeden alleen voorwerpen van atomaire grootte, terwijl andere de bewegingen van planeten veroorzaken en de vorming van sterrenstelsels stimuleren.
Deze theorie van donkere energie stelt dat er een fundamentele kracht is die we nog steeds niet hebben gevonden die op enorme schalen werkt en alleen kan worden waargenomen wanneer het universum een bepaalde omvang bereikt. Het zou werken om de zwaartekracht te weerstaan en zo objecten in het universum van elkaar af te trekken.
Wetenschappers beweren dat omdat deze kracht op zo'n grote schaal werkt, we dat nog niet in ons dagelijks leven zijn tegengekomen en dat metingen die op aarde worden gedaan daar niet door beïnvloed kunnen worden. Niemand weet echt of deze kracht tijdelijk of permanent zou zijn. Toch zou, afhankelijk van dit, het universum ofwel voor altijd uitzetten en koud worden of uitbreiden en periodiek inkrimpen voor de rest van de tijd.
7 Einstein's Graftheorie is verkeerd
Probeer een van de slimste natuurkundigen die ooit heeft geleefd te vertellen dat zijn (misschien wel meest beroemde) theorie verkeerd is ... gierigheid. Einstein's relativiteitstheorie stelt dat elk lichaam in het universum wordt aangetrokken door elk ander lichaam, waarbij de kracht van die aantrekkingskracht alleen afhankelijk is van de massa's van de objecten en de afstand tussen hun centra.
Sommige natuurkundigen hebben echter betoogd dat deze theorie onjuist zou zijn en nieuwe theorieën over zwaartekracht hebben ontwikkeld om duistere energie te verklaren. In deze theorieën keren ze de effecten van de zwaartekracht op grote schalen om zodat objecten elkaar afstoten.
Hoewel deze theorieën niet veel experimentele steun hebben (omdat het zwaartekrachtmodel van Einstein tot nu toe redelijk goed voor ons heeft gewerkt), zouden ze verklaren waarom het universum uitdijt. Met deze nieuwe modellen van zwaartekracht zou ons universum opnieuw een staat van koude duisternis bereiken na een staat van snelle expansie.
6 Tijdsverwijding
Als je de film ooit hebt gezien interstellair, je hebt waarschijnlijk gehoord van tijdsdilatatie. Het is een fenomeen dat optreedt wanneer voorwerpen die zich dichter bij de snelheid van het licht bewegen, een vertraging van de tijd ervaren.
Dit is hetzelfde idee gepresenteerd in de tweelingparadox, waarbij een tweeling een ruimteschip opstapt dat dicht bij de snelheid van het licht beweegt terwijl zijn broer op aarde blijft. Wanneer ze elkaar na jaren van scheiding opnieuw ontmoeten, is de tweeling op aarde aanzienlijk ouder dan zijn broer van astronauten.
Een recente paper van Edward Kipreos, een professor aan de Universiteit van Georgia, beweert dat alleen het bewegende object zelf tijdsdilatatie ondergaat. (Gewoonlijk ervaart de persoon die het snel bewegende object observeert ook de effecten.)
Dit zou betekenen dat het verstrijken van de tijd in het verleden sneller was. Dit elimineert de behoefte aan een afstotende kracht of substantie omdat de schijnbare uitzetting van het universum slechts een misrekening zou zijn van afstanden die beïnvloed zijn door tijdsdilatatie.
Als deze theorie waar is, zou het niet alleen een andere Einsteins beroemde theorieën tegenspreken (zijn theorie van speciale relativiteit), maar het zou ook impliceren dat ons universum zou blijven uitbreiden vanwege de effecten van de Hubble Constant.
5 Een exotisch nieuw deeltje
Het idee van deeltjes en velden bestaat al eeuwenlang. We weten dat een elektron een elektrisch veld creëert en recentelijk is het zwaartekrachtveld geassocieerd met het "zwaartekracht" "krachtdeeltje". Deeltjesfysici en theoretici zijn tevreden met het idee dat de energie van een bepaald veld moet worden overgedragen door zijn krachtdeeltje in plaats van door het veld zelf.
Dit concept kan worden vertaald naar donkere energie, met donkere materie (de andere 27 procent van het universum) als zijn krachtdeeltje. Dit idee lijkt plausibel, vooral omdat sommige krachtdeeltjes niet waarneembaar zijn, zoals de graviton. Er is echter weinig bewijs dat deze theorie ondersteunt, omdat we tot nu toe geen enkele manier hebben gevonden om enige eigenschappen te meten die verband houden met donkere energie of donkere materie.
4 f (R) Theorieën
f (R) theorieën zijn modellen van de huidige kromming van het universum (met kromming aangeduid als R). In 2007 toonden onderzoekers van de Universiteit van Chicago aan dat, met een specifieke waarde van R, een model van het universum wordt gecreëerd waarin donkere energie niet nodig is om de uitbreiding van het universum uit te leggen.
Dit type universum verweert zichzelf zodanig dat de algehele kromming ervan wordt geminimaliseerd terwijl het een extra zwaartekracht-achtige kracht produceert die objecten kan aantrekken of afstoten, afhankelijk van een reeks omstandigheden.
De theoretici van de Universiteit van Chicago zijn het erover eens dat, om deze theorie vast te houden, de extra kracht moet verdwijnen waar de zwaartekracht relatief sterk is (bijvoorbeeld op de schaal van planeten en sterrenstelsels) en alleen op de grootste van de schalen verschijnt. Een team van astronomen aan de Universiteit van Peking is begonnen met het meten van clusters om te zien of deze f (R) theorie een juiste beschrijving van ons universum zou kunnen zijn.
3 Multiverses en het antropische principe
Een van de grootste tekortkomingen van de moderne natuurkunde is de voorspelling van de werkelijke waarde van donkere energie. De kwantumtheorie voorspelt een heel klein aantal, maar natuurkundigen berekenden een getal dat meer dan 10 keer groter was! (Deze gemeten waarde van donkere energie is de kosmologische constante - dezelfde als van item 10 op deze lijst.)
Dit is waar het antropische principe komt - het idee dat fundamentele constanten van fysica en chemie (zoals de snelheid van het licht, de zwaartekrachtsconstante, enz.) "Precies goed" zijn om het leven in ons specifieke universum te ondersteunen, maar verschillende waarden kunnen hebben in andere universums. In een oneindige reeks parallelle universums lijkt het niet onwaarschijnlijk dat ons universum juist degene is met de juiste waarde van donkere energie om de vorming van leven mogelijk te maken.
2 virtuele deeltjes
Kwantummechanica is raar. Het zorgt ervoor dat dingen in en uit kunnen springen en elk concept dat we op de natuurkunde van de middelbare school leren, verbrijzelt. ('Materie kan niet worden gemaakt of vernietigd', mompelden we.)
Deze theorie gebruikt het idee van virtuele deeltjes - kleine stukjes materie die alleen verschijnen voor kleine exemplaren en vervolgens verdwijnen. Deze constante verschijning en verdwijning van deeltjes maakt energie vrij, omdat materie wordt omgezet in energie wanneer deze deeltjes verdwijnen.
Natuurkundigen geloven dat dit is hoe de ruimte zelf voldoende continue energie kan bereiken om een "negatieve druk" te creëren die de expansie van het universum veroorzaakt. Als deze theorie waar is, zou de energieruimte die deze virtuele deeltjes opleveren, de mysterieuze donkere energie kunnen zijn en ons universum zou zich blijven uitbreiden zolang dit proces plaatsvindt.
1 Quintessence
Het aantal theorieën in deze lijst laat zien hoe ver weg het is om tweederde van ons universum te begrijpen. Tot dusverre heeft elke theorie enorme implicaties gehad voor het lot van het universum of voor arme Einstein.
Het ontcijferen van donkere energie zou deuren kunnen openen voor een geheel nieuwe tak van de fysica of bestaande bestaande radicaal kunnen veranderen. Dat is de reden waarom zoveel natuurkundigen en astronomen vandaag de dag vragen stellen bij dit grote, mysterieuze, 'donkere spul' dat de evolutie van ons universum stuurt.
Deze laatste theorie van donkere energie is veruit de vreemdste. Een universum gedomineerd door 'kwintessens' is er één vol 'energievloeistof'. Andere natuurkundigen vinden het leuk om deze energie 'fantoomenergie' te noemen.
Het idee erachter is dat kwintessensie varieert met tijd en locatie en dat de energiedichtheid ervan in de loop van de tijd toeneemt. Dit universum zou een gewelddadig lot tegemoet kunnen treden dat natuurkundigen een "Big Rip" noemen (opnieuw, met de zeer letterlijke naamgeving), waarin het universum letterlijk zou exploderen omdat atomen niet kunnen bijhouden hoe snel ze uit elkaar worden getrokken en uitgerekt.
Alles in en uit het zicht zou worden vernietigd. Het universum zou met een knal uitgaan.