Что такое темная материя и темная энергия - объяснение для детей
V-kosmose.com

Что такое темная материя и темная энергия — объяснение для детей

Астрономия для детей Ответы на частые вопросы > Что такое темная материя и темная энергия

Темная материя и темная энергия – описание для детей: распределение во Вселенной с фото, значение, расширение пространства и телескоп Хаббл, роль Эйнштейна.

Важно понять суть темной материи и темной энергии, потому что от этих двух загадочных сил зависит наше понимание Вселенной. Начать объяснение для детей можно с ситуации в 1990-х годах. Тогда в научных кругах не было сомнений, что Вселенная расширяется. У нее должна быть достаточная плотность энергии, чтобы остановить свое расширение или же повторно разрушить. Или же плотность маленькая и тогда она никогда не перестанет расширяться, но гравитация со временем замедлит скорость. Родители или учителя в школе должны объяснить детям, что визуально этого не увидишь, но в теории процесс замедления учитывался.

Распределение темной материи в известных скоплениях галактик

Распределение темной материи в известных скоплениях галактик

Дети должны понимать, что Вселенная наполнена материей, соединенной силой гравитации. В 1998 году появился сверхновый космический телескоп Хаббл, который продемонстрировал, что когда-то Вселенная действительно расширялась медленнее, чем сейчас. Но тогда получается, что гравитация не тормозила Вселенную, ведь она ускорилась. Для всех это было шоком, поэтому стали искать причину.

В итоге, появилось три предположения. Может быть, что это результат давно забытого постулата теории гравитации Эйнштейна, утверждавшего наличие «космологической постоянной». Возможно, пространство просто заполнено какой-то странной энергией. Или же существуют некие неполадки с теорией гравитации Эйнштейна, которая должна была включать в себя поле, создающее космическое ускорение. Для самых маленьких это может показаться новостью, но теоретики так и не ответили на этот вопрос, зато вывели новое решение – темная энергия.

Что такое темная энергия?

Что же такое темная энергия Вселенной? Ну, тут скорее больше догадок и подозрений, чем конкретики. Ученые могут только утверждать, что она есть, потому что является причиной расширения Вселенной. Но все остальное – темный лес. И это сильно угнетает, ведь темная энергия занимает 68% Вселенной, а темная материя – 27%, а все остальное – это небесные тела. Просто задумайтесь, что мы можем осознать лишь 5% Вселенной!

На диаграмме вы видите изменения в скорости расширения от момента рождения Вселенной (15 миллиардов лет назад). Чем меньше кривая, тем быстрее скорость. Заметный скачок наблюдается в отметке 7.5 млрд. лет назад.

На диаграмме вы видите изменения в скорости расширения от момента рождения Вселенной (15 миллиардов лет назад). Чем меньше кривая, тем быстрее скорость. Заметный скачок наблюдается в отметке 7.5 млрд. лет назад.

Важно объяснить для самых маленьких, что это свойство пространства. Эйнштейн первым догадался, что пустое пространство – это не пустота, а «что-то». Он же понял, что появляется больше пространства. Поэтому одна из версий теории гравитации содержит космологическую константу, которая дает подсказку: «пустое пространство» может обладать собственной энергией. Так как это свойство пространства, то она не разбавляется при расширении, а наоборот, также увеличится вместе с ним. В результате Вселенная начала набирать скорость. Но дети должны понять, что никто не может осознать, почему должна существовать эта константа и почему обладает такой важностью.

Это распределение темной материи, галактик и горячего газа в ядре галактики Abell 520.

Это распределение темной материи, галактик и горячего газа в ядре галактики Abell 520.

Поможет разобраться и квантовая теория материи. Здесь «пустое пространство» заполнено временными частицами, которые проходят через непрерывный процесс формирования и разрушения. Но когда ученые решили высчитать конечное число энергии, то получили непростительно много – 10120.

Возможно, все пространство заполнено новой разновидностью динамической жидкости или полем динамической энергии, которое противоположно энергии материи и нормальной энергии (небесные тела). Это явление назвали «квинтэссенцией», но мы так и не можем понять, что это и с чем взаимодействует.

Последний ответ – Эйнштейн совершил ошибку в своей теории гравитации. Это изменило бы не только расширение, но и то, как ведут себя скопления галактик и нормальная материя. Но тогда пришлось бы придумывать новую теорию, а ведь схема Эйнштейна работает для всего. Так что и этот ответ пока не находит 100% достоверности.

Что такое темная материя?

При вычислении состава Вселенной, 27% ушло на темную материю. Но дети могут поинтересоваться, о чем вообще идет речь?

Это что-то, чем не является мы. То есть, здесь не имеется в виду темнота, огибающая наблюдаемые объекты. И это не облачные темные скопления, потому что мы могли бы их найти. И это также не антиматерия, потому что мы не замечаем уникальных гамма-лучей. Стоит также исключить и черные дыры галактического размера, потому что из наблюдений нельзя скачать точно, что они занимают необходимый процент.

Одно из самых ярких столкновений галактики Abell 2744. Синий цвет демонстрирует карту общей концентрации масс (темная материя).

Одно из самых ярких столкновений галактики Abell 2744. Синий цвет демонстрирует карту общей концентрации масс (темная материя).

Однако, барионное вещество могла бы составлять темную материю, если бы было связано в коричневых карликах. Такие массивные компактные объекты называют MACHO. Но это лишь одно из предположений, так что темная материя остается одной из самых загадочных тайн, над которой ломают голову ученые всего мира.