1. План
Какие наблюдения и теоретические предположения подразумевают наличие Темной Энергии (ТЭ)?
Если общая относительность (ОТО) верна на всех масштабах длины (наиболее консервативное предположение), тогда существование ТЭ следует из Суперновых типа 1А (C1A), или, независимо, из Космического Микроволнового Фонового Излучения (ФИ), скомбинированного с Крупномасштабной Структурой (КС)
Какие наблюдения и теоретические предположения подразумевают наличие Темной Энергии (ТЭ)?
Если общая относительность (ОТО) верна на всех масштабах длины (наиболее консервативное предположение), тогда существование ТЭ следует из Суперновых типа 1А (C1A), или, независимо, из Космического Микроволнового Фонового Излучения (ФИ), скомбинированного с Крупномасштабной Структурой (КС)
Всерьез ли мы считаем, что ОТО верна на больших расстояниях?
2. Уравнения Эйнштейна-Фридмана
Эйнщтейновские уравнения связывают геометрию с Левой Стороны (ЛС) с распределением массы-энергии с Правой Стороны (ПС):
Gμν = - 8πGTμν.
(1)
Мы не решаемся изменить ЛС, но она действительно точно проверена только для масштабов Солнечной Системы (СС). На космологических масштабах мы можем рассматривать модификацию ОТО - такую, как гравитация более высокого порядка (higher-dimensional gravity).
Если с ПС мы включаем только излучение и Темную Материю (ТМ), этого недостаточно (при неизменной ЛС) и необходимо добавить член, называемый космологической константой, или, в более общем понимании, темной энергией.
3. Наблюдательные следствия
Что может ограничивать ТЭ?
Измерение истории расширения H(t)
Временная зависимость уравнения состояния w(t)
Поиск каких либо свойств ТЭ группироваться. В настоящем нет никаких доказательств этому
Как ТЭ связана с ТМ? Это связано с вопросом о группировании ТЭ (если ТЭ группируется)
Локальные проверки ОТО и принципа эквивалентности, хотя экстраполяция ОТО с СС на Вселенную на 13-15 порядков величины сравнима с экстраполяцией с шкалы слабого взаимодействия на шкалу ТВО в феноменологии частиц. Обычный метод при отсутствии гипотез.
4. Λ как ТЭ: почему 10-122 (планк.массы)4?
Мы знаем по Лэмбовскому сдвигу и Эффекту Казимира в квантовой электродинамике, что вакуумные флуктуации - это реальный эффект.
Если мы рассчитаем значение Λ, оно будет попросту иметь ультрафиолетовую (УФ) четвертичную расходимость. Наиболее естественное УФ-обрезание в ОТО есть Планковская масса ~ 1019 ГэВ, и тогда
Λ ~ (1019 ГэВ)4 = (1028 эВ)4 = 10112 (эВ)4.
(2)
Если, вместо этого, мы используем масштаб слабого взаимодействия ~ 100 ГэВ как УФ-обрезание, то приходим к
Λ ~ (100 ГэВ)4 = (1011 эВ)4 = 1044 (эВ)4.
(3)
Наблюдаемое значение Λ, однако, всего лишь
Λ ~ (3*10-3 эВ)4 ~ 10-10 (эВ)4.
(4)
5. Проблема совпадения
Существует и вторая проблема с Λ, будто бы проблемы "тонкой подстройки" Λ было недостаточно - проблема совпадения. Давайте обозначим ΩΛ = ρΛ/ρC как долю критической плотности ρC.
Сегодняшнее значение ΩΛ~0.7, но это масштабируется, поскольку ρΛ постоянно и мы предполагаем Ωобщее=1. При этом ρC-1 ~ (1+Z)-3, так что при красном смещении Z>10 ΩΛ
2. Уравнения Эйнштейна-Фридмана
Эйнщтейновские уравнения связывают геометрию с Левой Стороны (ЛС) с распределением массы-энергии с Правой Стороны (ПС):
Gμν = - 8πGTμν.
(1)
Мы не решаемся изменить ЛС, но она действительно точно проверена только для масштабов Солнечной Системы (СС). На космологических масштабах мы можем рассматривать модификацию ОТО - такую, как гравитация более высокого порядка (higher-dimensional gravity).
Если с ПС мы включаем только излучение и Темную Материю (ТМ), этого недостаточно (при неизменной ЛС) и необходимо добавить член, называемый космологической константой, или, в более общем понимании, темной энергией.
3. Наблюдательные следствия
Что может ограничивать ТЭ?
Измерение истории расширения H(t)
Временная зависимость уравнения состояния w(t)
Поиск каких либо свойств ТЭ группироваться. В настоящем нет никаких доказательств этому
Как ТЭ связана с ТМ? Это связано с вопросом о группировании ТЭ (если ТЭ группируется)
Локальные проверки ОТО и принципа эквивалентности, хотя экстраполяция ОТО с СС на Вселенную на 13-15 порядков величины сравнима с экстраполяцией с шкалы слабого взаимодействия на шкалу ТВО в феноменологии частиц. Обычный метод при отсутствии гипотез.
4. Λ как ТЭ: почему 10-122 (планк.массы)4?
Мы знаем по Лэмбовскому сдвигу и Эффекту Казимира в квантовой электродинамике, что вакуумные флуктуации - это реальный эффект.
Если мы рассчитаем значение Λ, оно будет попросту иметь ультрафиолетовую (УФ) четвертичную расходимость. Наиболее естественное УФ-обрезание в ОТО есть Планковская масса ~ 1019 ГэВ, и тогда
Λ ~ (1019 ГэВ)4 = (1028 эВ)4 = 10112 (эВ)4.
(2)
Если, вместо этого, мы используем масштаб слабого взаимодействия ~ 100 ГэВ как УФ-обрезание, то приходим к
Λ ~ (100 ГэВ)4 = (1011 эВ)4 = 1044 (эВ)4.
(3)
Наблюдаемое значение Λ, однако, всего лишь
Λ ~ (3*10-3 эВ)4 ~ 10-10 (эВ)4.
(4)
5. Проблема совпадения
Существует и вторая проблема с Λ, будто бы проблемы "тонкой подстройки" Λ было недостаточно - проблема совпадения. Давайте обозначим ΩΛ = ρΛ/ρC как долю критической плотности ρC.
Сегодняшнее значение ΩΛ~0.7, но это масштабируется, поскольку ρΛ постоянно и мы предполагаем Ωобщее=1. При этом ρC-1 ~ (1+Z)-3, так что при красном смещении Z>10 ΩΛ
Обсуждения Темная Энергия