Quelle : WMAP
Eines der rätselhaftesten Geheimnisse der Universum ist einfach "wo ist alles?"
Alles, was wir sehen, finden oder mit ihm interagieren können, besteht aus Teilchen, die wir meistens verstehen, wie Photonen, Elektronen, Quarks und Gluonen.
Wenn wir jedoch auf den größeren kosmischen Ozean um uns herum schauen, stellen wir fest, dass all dies knapp 5% des Universums ausmacht; der Rest ist unsichtbar. Wir nennen die fehlenden Komponenten Dunkle Energie 68% und Dunkle Materie 27% , aber hier ist die Sache ...
Wir wissen nicht wirklich, was sie sind.
Es gibt jedoch einige bleibende Theorien, die auf dem basieren, was wir über diese Dinge wissen. Darüber hinaus können wir dank der brillanten kombinierten Arbeit von Tausenden von Menschen sicher viel über diese schwer fassbaren Energien sagen. Wissenschaftler .
Was wissen wir eigentlich?
Es gibt so viel, von dem wir nichts wissen dunkle Materie und dunkle Energie aber es gibt sehr viele Dinge, die wir definitiv darüber sagen können.
Wir haben beobachtet, dass dunkle Energie die Expansion des Universums beeinflusst und erst vor etwa 6 bis 9 Milliarden Jahren prominent und nachweisbar wurde.
Es scheint in alle Richtungen gleich zu sein, da es über die Zeit eine konstante Energiedichte aufweist und sich nicht mit Materie verklumpt oder zusammenballt, was darauf hinweist, dass es im gesamten Raum einheitlich ist.
Wenn wir uns ansehen, wie sich das Universum ausdehnt, ist dunkle Energie unbedingt erforderlich, wobei ungefähr 68% der Gesamtenergie des Universums derzeit in Form von dunkler Energie vorliegen.
Dunkle Materie hingegen hat ihre Auswirkungen auf die gesamte 13,8-Milliarden-Jahre-Geschichte unseres Universums gezeigt. Das große kosmische Strukturnetz von den frühesten Zeiten bis zur Gegenwart erfordert, dass dunkle Materie in existiertetwa fünfmal so viel normale Materie.
Dunkle Materie verklumpt und sammelt sich und ihre Auswirkungen können in der Bildung der frühesten Quasare, Galaxien und Gaswolken gesehen werden.
Schon vorher zeigen sich die Gravitationseffekte der Dunklen Materie im frühesten Licht des Universums: dem kosmischen Mikrowellenhintergrund oder dem übrig gebliebenen Glühen des Urknalls.
Das Muster der Unvollkommenheiten erfordert, dass das Universum zu etwa 27% aus dunkler Materie besteht, im Vergleich zu nur 5% zu normaler Materie. Ohne sie wäre alles, was wir beobachten, unmöglich zu erklären.
Aber bedeutet dies notwendigerweise, dass dunkle Materie und dunkle Energie im Moment des Urknalls erzeugt wurden? Oder gibt es andere Möglichkeiten?
Das Schwierige am Universum ist, dass wir nur die Teile davon sehen können, die uns heute zugänglich sind. Wenn ein Effekt zu klein ist, um gesehen zu werden - beispielsweise wenn andere Effekte wichtiger sind - können wir nur Schlussfolgerungen ziehen.keine soliden Schlussfolgerungen.
Wo die Probleme mit Dark Energy liegen :
Effekte, die zu gering sind, um gesehen zu werden, werden für dunkle Energie besonders problematisch. Wenn sich das Universum ausdehnt, verdünnt es sich; das Volumen nimmt zu, während die Gesamtzahl der darin enthaltenen Partikel gleich bleibt.
Die Materiedichte sowohl normal als auch dunkel nimmt ab, aber die Dunkle Energiedichte bleibt konstant.
Unser Universum kann sein dunkle Energie dominiert heute, aber dies ist ein relativ neuer Zufall. In der Vergangenheit war das Universum kleiner und dichter, was bedeutet, dass die Materiedichten viel höher waren.
Vor ungefähr 6 Milliarden Jahren waren die Dichte von Materie und dunkler Energie gleich; vor ungefähr 9 Milliarden Jahren war die Dichte der dunklen Energie so niedrig, dass ihre Auswirkungen auf die Expansionsrate des Universums nicht spürbar waren.
Je weiter wir in der Zeit oder in der Größe / Skala des Universums extrapolieren, desto schwieriger wird es, die Auswirkungen der Dunklen Energie zu sehen und zu messen.
Nach bestem Wissen scheint dunkle Energie eine absolut konstante Energiedichte zu haben.
Wir können die Daten verwenden, um die Zustandsgleichung der dunklen Energie zu beschränken, die durch eine als bekannt bekannte Größe parametrisiert wird. w . Wenn dunkle Energie genau eine kosmologische Konstante ist, dann w = -1 genau und ändert sich nicht im Laufe der Zeit.
Dies bedeutet jedoch nicht unbedingt, dass dunkle Energie immer mit einer konstanten Energiedichte existiert hat. könnte Änderung im Laufe der Zeit, solange sie sich innerhalb einiger Beobachtungsbedingungen ändert.
Es könnte sein eine Verbindung zwischen dunkler Energie und der anfänglichen Expansion des Universums vor dem Urknall, bekannt als kosmische Inflation, die Idee hinter Quintessenzfeldern ein Konzept, das so komplex ist, dass wir es nicht mit einem 10-Fuß-Pol berühren werden.
Oder dunkle Energie könnte ein Effekt sein, der in den frühesten Stadien des Universums nicht existierte und sich erst viel jünger manifestierte.
Wir haben keine Beweise, die auf die eine oder andere Weise über die Anwesenheit oder Abwesenheit dunkler Energie in den ersten 4 Milliarden Jahren der Geschichte des Universums sprechen.
Wir haben gute Gründe anzunehmen, dass sich nichts geändert hat, aber nicht die Beobachtungssicherheit, um dies zu belegen. Was hat sicherlich mehr als nur ein paar Astrophysiker an den Rand des Wahnsinns getrieben?
Die dunkle Realität der Dunklen Materie :
Im Gegensatz zu Dunkler Energie muss die Dunkle Materie praktisch von Anfang an existiert haben.
Das Muster der Schwankungen, die wir in der Hintergrundstrahlung sehen, ist das früheste Beweise für dunkle Materie in unserem Universum, ungefähr 380.000 Jahre nach dem Urknall.
Am interessantesten ist, dass bereits in diesem Muster von Gipfeln und Tälern das kritische 5: 1-Verhältnis mit normaler Materie eingeprägt ist.
Dunkle Materie hat nicht nur die Keime der Struktur geliefert, wodurch immer mehr dunkle Materie in die überdichten Regionen fällt und aus den unterdichten Regionen verloren geht, sondern dies seit den frühesten Stadien indas Universum.
Dies bedeutet jedoch nicht unbedingt, dass zum Zeitpunkt des Urknalls dunkle Materie vorhanden war.
Dunkle Materie könnte von dem Moment an erzeugt worden sein, an dem die Inflation endete; sie könnte aus energiereichen Wechselwirkungen entstanden sein, die unmittelbar danach stattfanden; sie könnte sogar viel später aus Partikeln auf den Energieskalen der Grand Unifying Theory entstanden sein.
Wir wissen es einfach nicht.
Ohne genau zu wissen, was dunkle Materie ist - einschließlich der Frage, ob es sich überhaupt um ein Teilchen handelt oder nicht - können wir nicht mit Sicherheit genau sagen, wann es entstanden sein könnte.
Aber aus den Messungen der großräumigen Struktur des Universums, einschließlich der Signaturen, die im frühesten Bild von allen eingeprägt sind, können wir absolut sicher sein, dass dunkle Materie in den sehr frühen Stadien des Urknalls und möglicherweise imganz am Anfang von allem.
Dunkle Energie kann die ganze Zeit vorhanden gewesen sein oder erst viel später entstanden sein. Letzteres scheint jedoch viel wahrscheinlicher zu sein, da die Idee, dass dunkle Energie nur dann entsteht und wird, wenn sich eine komplexe Struktur bildet, eingehend untersucht wirdwichtig im Universum.
Warten Sie - wissen wir tatsächlich etwas?
Die große Herausforderung für die moderne Kosmologie besteht darin, die Natur dieser fehlenden Komponenten des Universums aufzudecken. Wenn wir genau das können, werden wir verstehen, wann und wie dunkle Materie und dunkle Energie entstanden sind.
Was wir mit Sicherheit sagen können, ist, dass in sehr frühen Stadien die Strahlung die dominierende Komponente des Universums war, wobei immer winzige Mengen normaler Materie vorhanden waren.
Dunkle Materie ist möglicherweise ganz am Anfang oder etwas später, aber noch sehr früh entstanden. Dunkle Energie war derzeit vermutlich immer vorhanden, wurde aber erst wichtig und nachweisbar, als das Universum bereits Milliarden von Menschen umfassteJahre alt.
Den Rest zu bestimmen ist eine Aufgabe für unsere wissenschaftliche Zukunft.