Ekspansi Energi Gelap

Fitur tambahan Cosmos baru menyebutkan bahwa sekitar 6.771.500.000 tahun yang lalu alam semesta memulai ekspansi yang dipercepat. Bagaimana kita tahu ini? Bukti apa yang kita miliki untuk ekspansi yang diperbarui dan dipercepat ini?

Dari kalender kosmik interaktif pada bluray Cosmos baru, tanggal di atas diambil dari pos

Hingga [sekarang], gravitasi telah memperlambat ekspansi alam semesta, tetapi tiba-tiba kekuatan misterius dan tidak dikenal yang kita sebut energi gelap mengambil alih, ekspansi alam semesta mulai mempercepat

Bagaimana kita tahu itu adalah energi gelap? Mengingat kita tidak dapat mendefinisikan atau mendeteksi energi gelap, mengapa kita percaya ini penyebabnya? Bagaimana kita tahu percepatan baru ini terjadi? Sesuatu dalam shift merah? Apakah ada celah dalam pergeseran merah dalam hal-hal yang dapat kita lihat yang akan menyiratkan ekspansi lambat dan kemudian ekspansi cepat? Jika ada celah, mengapa energi gelap menjadi satu-satunya penjelasan? Atau ada teori lain?

Ya itu banyak pertanyaan, tetapi pertanyaan utamanya adalah bagaimana kita tahu ekspansi yang dipercepat terjadi pada saat itu? sisa pertanyaan berasal dari itu, terutama dalam meminta data untuk mendukung klaim, untuk atau menentang

Apakah Cosmos serius menggunakan angka pastinya? Egads ... jika mereka, jangan menganggapnya terlalu serius, tetapi jika tidak mereka mungkin secara konsep benar.

Bagaimana kita tahu itu adalah energi gelap?

Dalam kosmologi, model ΛCDM cocok dengan banyak pengamatan, terutama yang diamati oleh satelit WMAP , tetapi juga yang lain, untuk keluarga Friedmann-Robertson-Walker solusi keluarga relativitas umum, yang menggambarkan alam semesta homogen dan isotropik. The mengacu pada konstanta kosmologi, yang merupakan model yang paling sederhana energi gelap, dan setara dengan kepadatan energi intrinsik vakum - maka, harus Lorentz-invariant, dan karena waktu dan ruang campuran dalam transformasi Lorentz , satu-satunya cara untuk itu adalah agar tekanannya sama persis dengan negatif dari kepadatan energinya. Dengan$\Lambda$$\Lambda>0$, tekanannya negatif, dan inilah yang bertanggung jawab atas percepatan gravitasi alam semesta.

Mengingat kita tidak dapat mendefinisikan atau mendeteksi energi gelap, mengapa kita percaya ini penyebabnya?

Konstanta kosmologis didefinisikan delapan dekade sebelum penemuan percepatan kosmik, dan kami percaya itu menjadi penyebabnya karena secara teori sangat sederhana dan sesuai dengan pengamatan. Ada model lain untuk energi gelap.

Bagaimana kita tahu percepatan baru ini terjadi?

Evolusi kosmologis dijelaskan oleh persamaan Friedmann , yang memiliki kontribusi utama radiasi, materi, dan energi gelap, di samping kelengkungan spasial alam semesta. Ketika alam semesta mengembang, baik radiasi dan materi terdilusi, tetapi energi gelap tidak. Karena itu, jika alam semesta terus mengembang, proporsi energi gelap menjadi dominan baik atas radiasi maupun materi.

Kemungkinan besar, artikel tersebut hanyalah referensi berlebihan untuk transisi antara era yang didominasi materi dan era yang didominasi energi gelap . Jumlah tertentu tahun tampaknya sangat tepat untuk banyak hal dalam kosmologi, tetapi karena WMAP + eCMB + BAO + H nine sembilan tahun paling cocok (lihat di atas tautan WMAP) untuk usia alam semesta adalah , saya mengusulkan penjelasan berikut:$6,771,500,000$$13.772\pm0.059\,\mathrm{Ga}$

1. Penulis mendengar bahwa usia alam semesta adalah miliar tahun, dan sepenuhnya mengabaikan batas kesalahan pada perkiraan itu.$13.772$
2. Penulis mendengar dari tempat lain bahwa era yang didominasi energi gelap dimulai ketika alam semesta berusia sekitar miliar tahun, dan sekali lagi memperlakukan angka ini dengan tepat.$7$
3. Penulis kemudian mengurangi keduanya.

Ini menyumbang semua kecuali , yang sekitar seperseribu ribu. Saya menyimpulkan bahwa teori saya tentang asal usul angka itu cukup sesuai dengan bukti empiris dari kata-kata penulis. Mungkin sebagai digit berikutnya dirasionalisasi sebagai semacam titik tengah dalam pikiran penulis.$0.5\,\mathrm{Ma}$$0.5$

Dari mana datangnya miliar tahun, saya punya dua tebakan.$7$

1. Dalam kosmologi, parameter Hubble kadang-kadang dianggap unitless, dengan penskalaan ke . Misalnya, kadang-kadang kita mengatakan bahwa ketika kita berarti bahwa . Jadi, adalah semacam standar perbandingan de facto. Ini mungkin kebetulan, tetapi agak mencurigakan jika seseorang mengabaikan kontribusi radiasi (yang dapat dibenarkan, karena dapat diabaikan kecuali di alam semesta awal) dan berpura-pura bahwa , maka usia alam semesta ketika kepadatan materi dan energi gelap adalah sama $100\,\mathrm{km/s/Mpc}$$h = 0.704$$H_0 = 70.4\,\mathrm{km/s/Mpc}$$100\,\mathrm{km/s/Mpc}$$H_0 = 100\,\mathrm{km/s/Mpc}$ $$\frac{2\ln(1+\sqrt{2})}{3\sqrt{1-\Omega_\text{M}}}\frac{1}{H_0}\bigg\vert_{\Omega_\text{M} = 0.2865} \approx 0.70H_0^{-1}\bigg\vert_{h = 1.0} \approx 6.8\,\mathrm{Ga}$$ Saya menggunakan referensi Ryden yang diberikan dalam wiki untuk era yang didominasi materi di atas. Jadi, saya pikir seseorang melakukan perkiraan menggunakan angka bulat yang bagus untuk parameter Hubble dan dibulatkan menjadi miliar tahun.$7$
2. Transisi antara yang didominasi materi dan yang didominasi energi gelap adalah masalah konvensi yang agak arbitrer. Kita dapat mengartikannya ketika kepadatan materi dan energi gelap sama, seperti di atas, tetapi pada skala kosmologis, tekanan tiga kali lebih penting dari densitas energi (lihat persamaan Friedmann). Jadi, kita bisa menganggapnya sebagai waktu ketika densitas materi dua kali kepadatan energi gelap. Ini akan lebih awal dari diberikan dalam referensi Ryden, tetapi bisa dibilang lebih tepat karena persamaan Friedmann akan memprediksi akselerasi nol, yaitu, itu akan menjadi transisi antara akselerasi ke dalam dan ke luar. Saya belum menghitung kapan itu akan terjadi, tetapi ketidakjelasan konvensional ini mungkin$9.8\,\mathrm{Ga}$bertanggung jawab atas perbedaan antara era yang didominasi materi wiki dan halaman era yang didominasi energi gelap . Meskipun yang terakhir mengklaim sebagai gantinya, bukannya (tetapi tidak menjelaskan sumbernya).$5\,\mathrm{Ga}$$7\,\mathrm{Ga}$

Jadi Cosmos mungkin atau mungkin tidak benar tentang era yang didominasi energi gelap yang dimulai ketika alam semesta berusia sekitar miliar tahun, tetapi menyimpulkan bahwa itu terjadi pada lalu tentu saja menganggap beberapa angka terlalu tepat untuk dibenarkan. .$7$$6.7715\,\mathrm{Ga}$

Sesuatu dalam shift merah?

Saya pikir pada titik ini Anda sebaiknya membuat pertanyaan terpisah tentang masalah spesifik dengan model ΛCDM, jika ada. Untuk keperluan pertanyaan ini, saya menerima ΛCDM sebagai hadiah, karena hampir pasti Cosmos juga melakukannya.

Ya itu banyak pertanyaan, tetapi pertanyaan utamanya adalah bagaimana kita tahu ekspansi yang dipercepat terjadi pada saat itu?

Model kosmologis standar adalah bahwa energi gelap adalah konstanta kosmologis. Dengan demikian, kepadatan energinya tidak berubah. Kemudian menjadi jelas bahwa pada suatu titik, ekspansi kosmologis membuat materi terlalu encer untuk bersaing dengan energi gelap, yaitu ketika energi gelap mulai mendominasi. Itu ada di sana selama ini, tetapi sebelum itu, materi cukup padat untuk menjadi dominan.