Da det for 20 år siden blev klart, at universets udvidelse var hurtigere, præsenterede forskere en komplet, enkel og testbar forklaring. Men efterhånden som flere og flere eksperimentelle og observationsdata kom ind, forblev grunden til mørk energi - formodentlig årsagen til denne acceleration - undvigende. Mens det teknisk er ækvivalent med en "kosmologisk konstant" (eller energi iboende i rummet selv), er der ingen måde at udlede dens værdi. Men hvis vi husker, at placering af bestemte former for stof i det tomme rum ændrer kræfterne, der virker på denne sag, er det muligt, at mørk energi opstår efter et meget simpelt princip: fordi stof som sådan findes i vores univers.
Clustering kort over galakser i vores univers. Tilstedeværelsen af disse strukturer kan forklare tilstedeværelsen og kraften i mørk energi i sin helhed.
De fleste kræfter og fænomener har oprindelser, der er lette at opdage. To massive genstande oplever tyngdekraften på grund af, at rumtid er fordrejet på grund af tilstedeværelsen af stof og energi. Universet har udvidet sig, fordi det har sin egen historie med ændringer i energitætheden i universet og de oprindelige betingelser for ekspansion. Og alle partikler i universet interagerer på en bestemt måde på grund af de velkendte regler for kvantefeltteori og udveksling af vektorbosoner. Fra de mindste subatomære partikler til de største skalaer fungerer de samme kræfter til at drive bosoner og galakser.
Den stærke interaktion, der opstår på grund af tilstedeværelsen af "farveændring" og udvekslingen af gluoner holder atomkernerne sammen
Selv de mest mystiske fænomener i deres kerne indeholder forklaringer, der er godt forstået. Vi ved ikke, hvorfor der er mere stof end antimaterie i universet, men vi ved, at de betingelser, vi har brug for til dette - overtrædelse af baryonumre, C- og CP-overtrædelse - finder sted. Vi ved ikke hvad arten af mørk stof er, men dens generelle egenskaber, hvor den er placeret og hvordan den klynger sig, er alle godt forståede. Vi ved heller ikke, om sorte huller bevarer information eller ej, men vi forstår den endelige og oprindelige tilstand af disse objekter, samt hvordan de er født og hvad der sker med deres begivenhedshorisonter over tid.
En illustration af et sort hul og dets miljø, en accelererende og oppustende tiltrædelsesdisk. De oprindelige og sidste tilstande af sorte huller kan forudsiges godt, selvom tabet eller opbevaring af information ikke er tilfældet
Men der er en ting, vi slet ikke forstår: mørk energi. Selvfølgelig kan vi måle universets acceleration og forstå dets nøjagtighed. Men hvorfor har vi endda et univers med ikke-nul mørk energi? Hvorfor har tomt rum, hvor der ikke er noget - uanset hvad, ingen krumning, ingen stråling, intet - positiv ikke-energi? Og hvorfor begyndte denne mængde energi, der var ufatteligt lille og fuldstændig usynlig i de første milliarder år af universets historie, at fange universet først i det øjeblik, Jorden optrådte i det?
En illustration af en protoplanetær disk, i hvilken planeter og planetesimaler dannes, hvilket skaber huller i disken. For fire til fem milliarder år siden, da vores solsystem blev dannet, begyndte mørk energi samtidig at fange udvidelsen af universet og energitætheden
Salgsfremmende video:
Der er mange interessante ting, vi kan forbinde med mørk energi og universet som helhed. Der er en masse tom plads, som kvantefelter gennemsyrer. Der er ingen regioner i universet, hvor tyngdekraften, elektromagnetiske eller nukleare kræfter trænger ind; de er overalt. Hvis vi prøver at beregne den såkaldte vakuumforventede værdi (kondensat) for forskellige kvantefelter, vil vi støde på et uendeligt antal udtryk og kan kun skrive det ca. Vi vil altid beskæftige os med omtrentlige værdier. Og så vidt vi ved, er de ikke afbalancerede, og universet bremser ikke - det accelererer faktisk. På en eller anden måde har rummet i sig selv lidt ikke-nul energi. Og denne energi får fjerne galakser i universet til at bevæge sig væk fra os med en stadigt stigende hastighed,dog langsomt, men konstant.
Spørgsmålet "hvorfor?" ophører aldrig med at plage teoretikere. Hvorfor ekspanderer universet hurtigere og hurtigere? Vi kan ikke forklare tilstedeværelsen af denne mørke energi i noget. Måske har vi ringe forståelse af selve universet. Der er dog en anden mulighed, som sjældent tænkes over: måske er denne egenskab ved tomt rum bestemt af tilstedeværelsen af andre ting - som stof - i universet.
Og der er en grund til at tro, at dette er muligt, der kaldes Casimir-effekten. Vi kender ham godt.
Illustration af Casimir-effekten, og hvordan kræfterne uden for pladerne adskiller sig fra kræfterne imellem
Hvad er det elektromagnetiske kraft i tomrum? Nul, selvfølgelig. I fravær af afgifter, strømme og stof til interaktion, vil det være nul, ingen skidt. Men hvis du placerer to metalplader i en bestemt afstand mellem dem og derefter spørger igen, hvad den elektromagnetiske kraft vil være, ophører den med at være nul. På grund af det faktum, at nogle tilstande med kvantefluktuationer er forbudt på grund af pladens grænser, forudsiger vi ikke kun, men måler vi også den ikke-nedre kraft mellem disse plader, der bogstaveligt talt stammer fra tom plads. Og hvad der er mest interessant, alle kræfter, inklusive tyngdekræfter, udviser Casimir-effekten.
Kort over over en million galakser i universet; der er en separat galakse på hvert punkt. Forskellige farver repræsenterer afstande; rød - yderligere
Hvad sker der, når vi prøver at anvende denne effekt på hele universet og beregne effekten? Svaret er enkelt: vi får noget, der i en eller anden form svarer til mørk energi, kun - igen - af en anden rækkefølge. Og det kan skyldes, at vi ikke fuldt ud ved, hvad universets grænsevilkår er, eller hvordan vi beregner den kvante-gravitationseffekt korrekt.
Kortlægning af universet kan være den letteste del. Det er usandsynligt, at vi venter på et observeret eller eksperimentelt gennembrud, der vil føre os til en forståelse af mørk energi, universets mest undvikende kraft. Vi har muligvis brug for et teoretisk gennembrud. Og muligvis vil det være forbundet med en sporanomali, en ændring i dynamisk styrke eller endda et spor af yderligere dimensioner. Vi har først for nylig fundet sin sværeste hemmelighed at forklare. Måske vil løsningen ligge i den fysik, vi allerede kender.
Ilya Khel