Номер 2, страница 214 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Что называют «темной энергией»?

2. Тёмная энергия — это гипотетическая форма энергии, которая, как полагают, пронизывает всё пространство и вызывает ускоренное расширение Вселенной. Это название было введено, чтобы объяснить наблюдения, сделанные в конце 1990-х годов, которые показали, что галактики удаляются друг от друга со всё возрастающей скоростью. Это открытие стало неожиданностью, так как до этого считалось, что гравитационное притяжение всей материи во Вселенной должно замедлять её расширение.

Основное свойство тёмной энергии — это создание отрицательного давления. В общей теории относительности Эйнштейна положительное давление, как и плотность энергии, создаёт гравитационное притяжение. Отрицательное же давление, наоборот, создаёт гравитационное отталкивание или «антигравитацию». Именно эта отталкивающая сила и заставляет пространство расширяться с ускорением.

Название «тёмная» она получила потому, что не взаимодействует с электромагнитным излучением (например, со светом) и, следовательно, не может быть обнаружена напрямую с помощью телескопов. Её существование выводится только по её гравитационному эффекту на Вселенную в целом. В этом она схожа с «тёмной материей», которая также невидима, но проявляет себя через гравитационное притяжение, в то время как тёмная энергия — через отталкивание.

Согласно стандартной космологической модели, известной как ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter), состав Вселенной по плотности энергии выглядит следующим образом:

• Примерно 68% составляет тёмная энергия.

• Примерно 27% составляет тёмная материя.

• Около 5% составляет обычная (барионная) материя, из которой состоят звёзды, планеты, газ и люди.

Существует несколько основных гипотез о природе тёмной энергии:

1. Космологическая постоянная ($ \Lambda $). Это самая простая и наиболее поддерживаемая наблюдениями теория. Она предполагает, что тёмная энергия — это внутренняя энергия самого вакуума, имеющая постоянную плотность во времени и пространстве. Эта идея была впервые предложена Эйнштейном в его уравнении поля общей теории относительности: $R_{\mu\nu} - \frac{1}{2}Rg_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4}T_{\mu\nu}$. Однако теоретические расчёты дают значение плотности энергии вакуума, которое на много порядков превышает наблюдаемое, что известно как «проблема космологической постоянной».

2. Квинтэссенция. Эта гипотеза рассматривает тёмную энергию как динамическое поле, плотность которого может изменяться с течением времени. В отличие от космологической постоянной, квинтэссенция может взаимодействовать с другими видами материи и энергии.

3. Модифицированная гравитация. Некоторые учёные предполагают, что никакой тёмной энергии не существует, а наблюдаемое ускорение — это проявление того, что наше понимание гравитации (общая теория относительности) неполно и требует модификации на космологических масштабах.

Изучение тёмной энергии является одной из самых активных областей в современной космологии, поскольку её природа определяет будущее нашей Вселенной: будет ли она расширяться вечно, или же её ждёт другой сценарий.

Ответ: Тёмная энергия — это гипотетическая форма энергии с отрицательным давлением, которая, как считается, равномерно заполняет всё пространство и вызывает ускоренное расширение Вселенной. Она составляет около 68% всей энергии-массы во Вселенной, но её природа остаётся одной из главных нерешённых проблем в физике.