Тъмната енергия: най-голямата загадка

Трима учени спечелиха тазгодишната Нобелова награда за физика за откриването на категорични доказателства, че разширяването на Вселената се ускорява.

Тяхното откритие не се вписваше в която и да е съществуваща теория, така че има главозамайващи последици за нашето разбиране на физическия свят.

Същевременно то е относително просто за обяснение за неспециалисти. Така че затегнете коланите за кратка разходка из тази неразорана целина на познанието: какво е откритието им, защо е важно, и какво означава то за нашия свят?

Откритие, което оборва съществуващите физически теории

Да се върнем към 90-те години, когато два независими екипа се заеха да "претеглят" Вселената - единият под ръководството на Сол Пърлмътър, млад физик от лабораторията "Лорънс Бъркли", а другият начело с професора по астрономия от Харвард Боб Кършнър, бившия дипломант Брайън Шмит и тогавашния дипломант Адам Рийс, който сега е старши астроном в университета "Джонс Хопкинс".

Астрофизиците още тогава знаеха, че Вселената е огромно, в основната си част празно пространство, обсипано с галактики от звезди сред тънко море от атоми. Благодарение на направеното 70 години по-рано от Едуин Хабъл (на чието име е кръстен космическият телескоп на НАСА), те също така знаеха, че Вселената се разширява от милиарди години. Като всички астрономи те очакваха разширението да се забавя заради гравитационните сили между галактиките и другите частици материя.

Доскоро гравитацията се смяташе за основният "слепващ" Вселената фактор

Нещата са прости: колкото повече обекти има във Вселената, толкова по-голямо е гравитационното "забавяне" на разширението й. Така че удостоените с Нобелова награда експерименти са били замислени да отчетат скоростта на забавяне на разширението - и поради това на общите количества материални обекти във вселената.

Какво би могло да се обърка? В крайна сметка гравитацията е единствената възможна сила, която би могла да играе роля в експеримента. И двата екипа са измерили разстоянията до свръхнови в отдалечени галактики, като са очаквали те да бъдат по-близо до нас, отколкото ако не е имало никаква гравитация.

Само че данните са показали, за тяхна изненада, че разширението на Вселената се ускорява. Тоест ускоряващото се разширение показва, че гравитацията - сила, която познаваме от падането на първата ябълка от дървото, е нещо незначително в сравнение с нови, очевидно неизвестни, енергийни полета - които раздалечават галактиките една от друга. 

Твърде малко е известно за тази нова сила, която действа навсякъде в Космоса

Наричаме тази нова сила "тъмна енергия" - което обозначава енергията, която изглежда изтласква навън, а е "тъмна", защото засега не знаем абсолютно нищо за естеството й. Нещо повече, през 2003 г. спътникът WMAP на НАСА убедително е разкрил, че основната съставка на Вселената е именно тази тъмна енергия.

Тази сила не е предсказана от нито една от съществуващите физически теории - и е била напълно неизвестна до тези проучвания - и все тя присъства в по-големи количества от всичко друго във вселената.

Повече от атомите, които изграждат хората на Земята и самата ни планета, повече от водорода и хелия във Вселената, и дори повече от неизвестните частици тъмна материя, които предизвикват гравитационно привличане и са позволили на галактиките да се образуват...

Каквато и да е тази сила или енергия, тя ни разкрива нещо съвсем ново за начина, по който материята и Космосът функционират. Необходима е съвсем нова теория на физиката.

Засега тъмната енергия остава най-голямата научна мистерия. Тя е обект на огромни обеми от изследвания в последното десетилетие - и е основен мотив за приоритета на американската Академия на науките върху астрономически и астрофизични проекти.

По-доброто регистриране на свойствата на тъмната енергия е било начело на списъка с научни приоритети, като за целта е използван космическият телескоп "Джеймс Уеб", който вече почти е изчерпал капацитета си, както и инфрачервено-оптичен космически телескоп, който ще бъде изграден в следващото десетилетие.

В рамките на милиарди години галактиките не спират да се раздалечават

И двата екипа са отчели честотата на разширение чрез свръхнови. Астрономите знаят, че определен тип свръхнова винаги излъчва приблизително една и съща светлина, което означава, че може да послужи като "стандартен светлинен източник", обозначаващ разстояние.

По-слабите свръхнови би трябвало да са по-далеч, а по-ярките - по-наблизо. За отчитането на излъчването на свръхновите екипите са използвали телескопи по цял свят и в Космоса, повечето от които са притежавани от американската Национална научна фондация и НАСА.

Спектърът на свръхновата (разпределението на светлината й в оптичния спектър синьо-зелено-жълто-червено) разкрива скоростта, с която тя се отдалечава от нас заради разширението на вселената. Подобно на промяната на звука на сирена с отдалечаването на превозно средство, светлината на свръхновите демонстрира същия тип промяна на честотата, така че скоростта им може да бъде отчетена с голяма точност.

Още една важна съставка е била нужна за експеримента: възможността за поглед назад в историята. Необходимо е много дълго време за достигане до нас на светлината от тези свръхнови, които са рядкост в далечните галактики. Светлината от близките свръхнови вероятно е достигнала до земята за стотици хиляди години, докато тази от далечните свръхнови, изследвани от Пърлмътър и Шмит-Рийс-Кършнър, е пътувала милиарди години.

Това означава, че проучването на свръхновите или галактиките на различни разстояния дава "карта" на историята на разширение на вселената - честотата, с която тя се е разширявала в различни моменти в миналото. 

Изглежда, че в миналото гравитацията наистина е била основен фактор

Новите данни разкриват странна нова ситуация. Адам Рийс чрез телескопа "Хабъл" за анализ на най-отдалечените свръхнови е установил, че по-рано във Вселената гравитацията всъщност е надделявала над тъмната енергия - тоест първоначалното разширение на Космоса след "големия взрив" се е забавило.

После, когато галактиките са се раздалечили повече, привличащата сила на гравитацията между тях е отслабнала - и тъмната енергия, която изглежда е постоянна характеристика на космоса, е поела контрола. В сегашната вселена, 13.7 млрд. години след големия взрив, гравитацията е много по-слаба от тъмната енергия. Така че констатацията на Рийс е категорична: алтернативни обяснения не биха разяснили тази еволюция от доминиран от гравитацията космос към вселена, доминирана от тъмната енергия.

Откритието оспорва някои от най-добрите съществуващи теории на физиката - и се надяваме в някой ден в далечното бъдеще разбирането за функциите на тъмната енергия като елемент от космическото пространство да имат фундаментален ефект върху начина ни на живот на Земята.