Universul se află în expansiune accelerată. În 1929 astronomul american Edwin Hubble a descoperit că universul este în expansiune. Ulterior, în 1998, fizicianul Adam Reiss, împreună cu alți fizicieni, a arătat că, în fapt, universul este în expansiune accelerată, ceea ce a dus la apariția unui nou concept, acela de „energie întunecată” (inventat de cosmologul Michael Turner), care ar reprezenta 68% din univers. Despre „energia întunecată” nu știm mare lucru, cu excepția faptului că este o proprietate a spațiului responsabilă de expansiunea accelerată a universului.
Universul este format din 4,95% materie normală, 27% materie întunecată (nu știm ce este), 68% energie întunecată (nu știm ce este), 0,1% neutrino și 0,008% radiație electromagnetică (fotoni).
Dar ce înseamnă această expansiune a spațiului? Cum devine universul mai mare? Se întinde spațiul existent ori se creează, cumva, perpetuu, un spațiu suplimentar?
Citiți și: De ce credem că universul se află în expansiune?
Pare că spațiul se întinde...
Pe măsură ce universul se extinde, spațiul dintre galaxii se mărește. Această expansiune face ca lungimea de undă a luminii care călătorește de la o galaxie îndepărtată către noi să crească. Această creștere a lungimii de undă corespunde unei deplasări spre roșu a spectrului luminii.
Pe de altă parte, obiectele care se îndepărtează de un observator prezintă o deplasare spre roșu a luminii emise.
O altă consecință a expansiunii universului este, desigur, scăderea concentrației de materie din univers (o consecință a faptului că avem aceeași cantitate de materie într-un volum din ce în ce mai mare).
Dar trebuie menționat că expansiunea universului nu afectează structurile materiei. De exemplu, o planetă nu devine mai mare ca urmare a expansiunii spațiului și nici o moleculă de apă.
În concluzie, ca urmare atât a expansiunii universului, cât și a faptului că galaxiile se depărtează unele de altele, apare această creștere a lungii de undă a radiației electromagnetice (luminii), expansiunea universului fiind factorul dominat pentru galaxiile aflate la distanțe mari.
Pare, așadar, că spațiul se întinde, ca un elastic. Dar...
Pare că spațiul se tot creează...
Măsurătorile cu privire la expansiunea universului au dus la concluzia că energia întunecată, cea responsabilă pentru expansiunea accelerată a universului, păstrează o densitate de energie constantă de-a lungul timpului și pretutindeni în univers.
Dar această constatare duce la o concluzie interesantă: pe măsură ce spațiul se mărește, iar, pe cale de consecință, densitatea materiei scade, energia întunecată devine din ce în ce mai relevantă în economia universului. O altă consecință este scăderea temperaturii universului, ca urmare a creșterii lungii de undă a radiației cosmice.
Dacă luăm în calcul că densitatea de energie a energiei întunecate rămâne constantă, pare că spațiul se creează continuu.
Cum e posibil ca densitatea de energie întunecată să rămână la fel, pe măsură ce universul este din ce în ce mai mare? De unde apare această energie? Răspunsul corect este: nu știm. Știm încă foarte puține, spre deloc despre energia întunecată. Cu atât mai puțin despre originea acesteia.
Înseamnă că, la nivelul universului, principiul conservării energiei nu se respectă? În mod evident, da. Un univers dominat de energie întunecată presupune că energia totală a universului este în continuă creștere.
O altă consecință a expansiunii universului este că lumina pierde din energie, pe măsură ce călătorește prin univers (energia este dată de frecvență, care scade ca urmare a expansiunii universului).
Sinteză
Pe măsură ce materia normală și radiația devin din ce în ce mai puțin dense și pe măsură ce universul devine din ce în ce mai mare, energia întunecată, care este o proprietate a spațiu-timpului, păstrează aceeași densitate pe unitate de spațiu.
Credit: E. Siegel / Beyond the Galaxy
Așadar? Se întinde sau se creează spațiu?
Problema principală este că nu știm ce este spațiul. Este un subiect care a „chinuit” cele mai mari minți.
Einstein, de exemplu, a ajuns la concluzia că ceea ce numim „spațiu” este doar o caracteristică a câmpului gravitațional din univers, că spațiul nu există în lipsa materiei și energiei care creează câmpul gravitațional. Nu cred că ne lămurește definitiv acest răspuns, dar este ceea ce Einstein credea cu privire la natura spațiului.
Cum nu avem o înțelegere a spațiului, este dificil să dăm un răspuns cu privire la ce se întâmplă de pare că spațiul se întinde sau se creează, în funcție de ce fenomen cosmic analizăm (frecvența radiației fotonice sau densitatea de energie a energiei întunecate).
---
Scurtă introducere în... energia întunecată
Cum am tot vorbit despre energia întunecată, iată un sumar a ceea ce știm despre aceasta.
Energia întunecată este responsabilă pentru expansiunea accelerată a universului și se referă la densitatea de energie și presiunea negativă a spațiului gol.
Densitatea de energie
Energia întunecată este asociată cu o anumită densitate de energie care pare să existe în întregul univers. Această densitate de energie este considerată constantă și uniformă în întregul univers observabil. Deși este prezentă în întregul spațiu, efectele sale sunt vizibile mai ales la scară cosmică, influențând expansiunea universului.
Presiunea negativă
Energia întunecată are o presiune negativă, în contrast cu majoritatea materiei obișnuite din univers care are o presiune pozitivă. Presiunea negativă are un efect de respingere, ceea ce duce la concluzia că energia întunecată are un rol decisiv la accelerarea expansiunii universului. Această proprietate a energiei întunecate este în contrast cu gravitația, care face ca masa și energia din univers să curbeze spațiu-timpul (cu iluzia că masele se atrag între ele) și care ar încetini expansiunea universului.
Inspirat de: Does the Universe expand by stretching or creating space?
