Темная энергия
Не путать с темной жидкостью, Темный поток или Темная материя .
В физической космологии и астрономии темная энергия-это неизвестная форма энергии, которая, как предполагается, пронизывает все пространство, стремясь ускорить расширение Вселенной . Темная энергия является наиболее приемлемой гипотезой для объяснения наблюдений с 1990-х годов, указывающих на то, что Вселенная расширяется с ускорением .
Предполагая, что стандартная модель космологии верна, лучшие текущие измерения показывают, что темная энергия вносит 68% от общей энергии в современной наблюдаемой Вселенной . Массовая энергия темной материи и обычной (барионной) материи составляет 27% и 5% соответственно, а другие компоненты, такие как нейтрино и фотоны, вносят очень малый вклад. плотность темной энергии очень низкая (~ 7 × 10 -30 г / см3), намного меньше, чем плотность обычной материи или темной материи внутри галактик. Однако она доминирует в массе-энергии Вселенной, потому что она однородна в пространстве.
Двумя предлагаемыми формами темной энергии являются космологическая постоянная, представляющая собой постоянную плотность энергии, однородно заполняющую пространство , и скалярные поля, такие как квинтэссенция или модули, динамические величины, плотность энергии которых может изменяться во времени и пространстве. Вклад скалярных полей, постоянных в пространстве, обычно также включается в космологическую постоянную. Космологическую постоянную можно сформулировать как эквивалентную нулевому излучению пространства, т. е. энергии вакуума . Скалярные поля, которые изменяются в пространстве, могут быть трудно отличимы от космологической постоянной, потому что изменение может быть чрезвычайно медленным.
История открытия и предыдущих спекуляций[править]
Космологическая постоянная Эйнштейна[править]
"Космологическая постоянная" - это постоянный член, который может быть добавлен к уравнению поля общей теории относительности Эйнштейна . Если рассматривать его в качестве" исходного термина " в уравнении поля, то он может рассматриваться как эквивалент массы пустого пространства (которая концептуально может быть либо положительной, либо отрицательной), либо "энергии вакуума".
Космологическая постоянная была впервые предложена Эйнштейном в качестве механизма для получения решения уравнения гравитационного поля, которое привело бы к статической Вселенной, эффективно используя темную энергию для уравновешивания гравитации.[14] Эйнштейн дал космологической постоянной символ Λ (столичная лямбда). Эйнштейн утверждал, что космологическая постоянная требует ,чтобы "пустое пространство играло роль гравитирующих отрицательных масс, распределенных по всему межзвездному пространству".
Этот механизм был примером тонкой настройки, и позже стало ясно, что статическая Вселенная Эйнштейна не будет стабильной: локальные неоднородности в конечном счете приведут либо к стремительному расширению, либо к сжатию Вселенной. Равновесие неустойчиво: если Вселенная немного расширяется, то расширение высвобождает энергию вакуума, которая вызывает еще большее расширение. Точно так же и вселенная, которая слегка сжимается, будет продолжать сжиматься. Такого рода возмущения неизбежны из-за неравномерного распределения материи по всей Вселенной. Кроме того, наблюдения, сделанные Эдвином Хабблом в 1929 году было показано, что Вселенная, по-видимому, расширяется и совсем не статична. Сообщается, что Эйнштейн назвал свою неспособность предсказать идею динамической Вселенной, в отличие от статической вселенной, своей самой большой ошибкой.
Инфляционная темная энергия[править]
Алан Гут и Алексей Старобинский предположили в 1980 году, что отрицательное поле давления, подобное по своей концепции темной энергии, может вызвать космическую инфляцию в очень ранней Вселенной. Инфляция постулирует, что некоторая сила отталкивания, качественно похожая на темную энергию, привела к огромному и экспоненциальному расширению Вселенной немного после Большого Взрыва. Такое расширение является существенной особенностью большинства современных моделей Большого Взрыва. Однако инфляция, должно быть, произошла при гораздо более высокой плотности энергии, чем темная энергия, которую мы наблюдаем сегодня, и считается, что она полностью закончилась, когда Вселенная была всего лишь долей секунды. Неясно, какая связь, если таковая существует, существует между темной энергией и инфляцией. Даже после того, как инфляционные модели были приняты, космологическая постоянная считалась несущественной для текущей вселенной.
Почти все инфляционные модели предсказывают, что общая плотность (материя+энергия) Вселенной должна быть очень близка к критической плотности . В течение 1980-х годов большинство космологических исследований было сосредоточено на моделях только с критической плотностью в веществе, обычно 95% холодной темной материи и 5% обычной материи (барионы). Эти модели были признаны успешными для формирования реалистичных галактик и кластеров, но в конце 1980-х годов появились некоторые проблемы: в частности, модель требовала значения постоянной Хаббла ниже, чем предпочтительно по наблюдениям, и модель недооцененных наблюдений крупномасштабной кластеризации галактик. Эти трудности стали еще более серьезными после открытия анизотропии в космическом микроволновом фоне космическим аппаратом COBE в 1992 году, и несколько модифицированных моделей МЧР стали активно изучаться в середине 1990-х годов: они включали модель лямбда-МЧР и смешанную модель холодной/горячей темной материи. Первые прямые доказательства существования темной энергии были получены в результате наблюдений сверхновой в 1998 году ускоренного расширения в работе Рисса и др. и в Perlmutter et al., и тогда модель лямбда-МЧР стала ведущей моделью. Вскоре после этого темная энергия была подтверждена независимыми наблюдениями: в 2000 году эксперименты BOOMERanG и Maxima cosmic microwave background наблюдали первый акустический пик в CMB, показывая, что общая плотность (вещество+энергия) близка к 100% от критической плотности. Затем в 2001 году исследование красного смещения Галактики 2dF дало убедительные доказательства того, что плотность вещества составляет около 30% критической. Большая разница между этими двумя поддерживает гладкую составляющую темной энергии, составляющую разницу. Гораздо более точные измерения от WMAP в 2003-2010 годах продолжалась поддержка стандартной модели и давались более точные измерения ключевых параметров.
Термин "темная энергия", повторяющий" темную материю " Фрица Цвикки из 1930-х годов, был придуман Майклом Тернером в 1998 году.
Изменение расширения с течением времени[править]
Высокоточные измерения расширения Вселенной необходимы для понимания того, как скорость расширения изменяется во времени и пространстве. В общей теории относительности эволюция скорости расширения оценивается по кривизне Вселенной и космологическому уравнению состояния (соотношению между температурой, давлением и совокупной плотностью материи, энергии и энергии вакуума для любой области пространства). Измерение уравнения состояния для темной энергии является одним из самых больших усилий в наблюдательной космологии сегодня. Добавление космологической постоянной к стандартной метрике FLRW космологии это приводит к модели Лямбда-МЧР, которая была названа "стандартной моделью космологии" из-за ее точного соответствия наблюдениям.
По состоянию на 2013 год модель лямбда-МЧР согласуется с серией все более строгих космологических наблюдений, включая космический аппарат Планка и обзор наследия сверхновой. Первые результаты SNLS показывают, что среднее поведение (т. е. уравнение состояния) темной энергии ведет себя как космологическая постоянная Эйнштейна с точностью до 10%. недавние результаты, полученные с помощью космического телескопа Хаббла Higher-Z, показывают, что темная энергия присутствовала по меньшей мере 9 миллиардов лет и в течение периода, предшествующего космическому ускорению.
Природа[править]
Природа темной энергии более гипотетична, чем природа темной материи, и многие вещи о ней остаются в области спекуляций.Считается, что темная энергия очень однородна и не очень плотна , и неизвестно, чтобы она взаимодействовала с какой-либо из фундаментальных сил, кроме гравитации . Так как она довольно разреженная и не массивная-примерно 10 -27 кг / м3 - он вряд ли будет обнаружен в лабораторных экспериментах. Причина, по которой темная энергия может оказывать такое глубокое влияние на вселенную, составляя 68% от общей плотности, несмотря на то, что она настолько разбавлена, заключается в том, что она равномерно заполняет пустое пространство.
Независимо от своей реальной природы, темная энергия должна была бы иметь сильное отрицательное давление (отталкивающее действие), подобное давлению излучения в метаматериале [23], чтобы объяснить наблюдаемое ускорение расширения Вселенной . Согласно Общей теории относительности, давление внутри вещества способствует его гравитационному притяжению для других объектов точно так же, как и его массовая плотность. Это происходит потому, что физической величиной, которая заставляет материю генерировать гравитационные эффекты, является тензор напряжения-энергии, который содержит как энергетическую (или материальную) плотность вещества, так и его давление и вязкость [ сомнительно – обсуждается ] . В Метрике Фридмана-Леметра-Робертсона-Уолкера можно показать, что сильное постоянное отрицательное давление во всей Вселенной вызывает ускорение расширения, если Вселенная уже расширяется, или замедление сжатия, если Вселенная уже сжимается. Этот ускоряющий эффект расширения иногда называют "гравитационным отталкиванием".
Техническое определение[править]
Смотрите также: Уравнения Фридмана
В стандартной космологии есть три компонента Вселенной: материя, излучение и темная энергия. Материя-это все, чья плотность энергии масштабируется с обратным кубом масштабного фактора, т. е. ρ ∝ a -3, в то время как излучение-это все, что масштабируется до обратной четвертой степени масштабного фактора ( ρ ∝ a -4 ). Это можно понять интуитивно: для обычной частицы в квадратном ящике удвоение длины стороны ящика уменьшает плотность (и, следовательно, плотность энергии) в восемь раз (2 3). Для излучения уменьшение плотности энергии больше, потому что увеличение пространственного расстояния также вызывает красное смещение.
Последняя составляющая, темная энергия, является внутренним свойством пространства, и поэтому имеет постоянную плотность энергии независимо от рассматриваемого объема ( ρ ∝ a 0 ). Таким образом, в отличие от обычной материи, она не растворяется с расширением пространства.
Доказательства существования[править]
Доказательства существования темной энергии являются косвенными, но поступают из трех независимых источников:
- Измерения расстояний и их связь с красным смещением, которые предполагают, что Вселенная еще больше расширилась за последнюю половину своей жизни.
- Теоретическая потребность в типе дополнительной энергии, которая не является материей или темной материей, чтобы сформировать наблюдательно плоскую вселенную (отсутствие какой-либо обнаруживаемой глобальной кривизны).
- Измерения крупномасштабных волновых структур плотности масс во Вселенной.
Сверхновые звёзды[править]
В 1998 году поисковая группа High-Z Supernova опубликовала наблюдения сверхновых типа Ia ("one-A"). В 1999 году проект космологии сверхновых с последующим предположением, что расширение Вселенной ускоряется .[26] Нобелевская премия по физике 2011 года была присуждена Солу Перлмуттеру , Брайану П. Шмидту и Адаму г. Риссу за их лидерство в открытии.
С тех пор эти наблюдения были подтверждены несколькими независимыми источниками. Измерения космического микроволнового фона, гравитационного линзирования и крупномасштабной структуры космоса , а также улучшенные измерения сверхновых звезд согласуются с моделью лямбда-МЧР. Некоторые люди утверждают, что единственными признаками существования темной энергии являются наблюдения измерений расстояний и связанных с ними красных смещений. Космические микроволновые фоновые анизотропии и барионные акустические колебания служат только для демонстрации того, что расстояния до заданного красного смещения больше, чем можно было бы ожидать от "пыльной" Вселенной Фридмана–Леметра и локальной измеренной постоянной Хаббла.
Сверхновые полезны для космологии, потому что они являются отличными стандартными свечами на космологических расстояниях. Они позволяют исследователям измерять историю расширения Вселенной, рассматривая соотношение между расстоянием до объекта и его красным смещением , которое дает, насколько быстро он удаляется от нас. В соответствии с законом Хаббла, это соотношение является примерно линейным . Это относительно легко измерить красное смещение, но найти расстояние до объекта сложнее. Обычно астрономы используют стандартные свечи: объекты, для которых характерна внутренняя яркость, или абсолютная величина, будет известный. Это позволяет измерять расстояние до объекта по его фактической наблюдаемой яркости или кажущейся величине . Сверхновые типа Ia являются наиболее известными стандартными свечами на космологических расстояниях из-за их экстремальной и постоянной яркости .
Недавние наблюдения сверхновых согласуются с тем, что Вселенная состоит на 71,3% из темной энергии и на 27,4% из комбинации темной материи и барионной материи .
Космический микроволновый фон[править]
Существование темной энергии, в любой форме, необходимо для согласования измеренной геометрии пространства с общим количеством материи во Вселенной. Измерения анизотропии космического микроволнового фона (CMB) показывают, что Вселенная близка к плоской . Для того чтобы форма Вселенной была плоской, плотность массы-энергии Вселенной должна быть равна критической плотности . Общее количество вещества во Вселенной (включая барионы и темную материю), измеренная по спектру CMB, составляет лишь около 30% от критической плотности. Это подразумевает наличие дополнительной формы энергии, на которую приходится оставшиеся 70%. семилетний анализ космического аппарата Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) показал, что Вселенная состоит из 72,8% темной энергии, 22,7% темной материи и 4,5% обычной материи. Работа, выполненная в 2013 году на основе наблюдений космического аппарата планка CMB, дала более точную оценку 68,3% темной энергии, 26,8% темной материи и 4,9% обычной материи.
Крупномасштабная структура[править]
Теория крупномасштабной структуры, которая управляет формированием структур во Вселенной (звезд , квазаров , галактик и групп галактик и кластеров ), также предполагает, что плотность материи во Вселенной составляет всего 30% от критической плотности.
Исследование 2011 года, The wigglez galaxy survey of more than 200,000 galaxies, предоставило дополнительные доказательства существования темной энергии, Хотя точная физика за ней остается неизвестной.Исследование WiggleZ survey из Австралийской астрономической обсерватории сканировало галактики, чтобы определить их красное смещение. Затем, используя тот факт, что барионные акустические колебания оставили пустоты регулярно диаметром ≈150 ПДК, окруженные галактиками, пустоты использовались в качестве стандартных линейок для оценки расстояний до галактик на расстоянии до 2000 ПДК (красное смещение 0,6), что позволяет точно оценивать скорости галактик по их красному смещению и расстоянию. Полученные данные подтверждают космическое ускорение до половины возраста Вселенной (7 миллиардов лет) и ограничивают ее неоднородность до 1 части из 10. это дает подтверждение космическому ускорению, независимому от сверхновых.
Поздний интегрированный эффект Сакса-Вулфа[править]
Ускоренное космическое расширение приводит к тому, что гравитационные потенциальные ямы и холмы сплющиваются, когда фотоны проходят через них, создавая холодные и горячие точки На CMB, выровненные с огромными супервидами и сверхкластерами. Этот так называемый поздний интегрированный эффект Сакса-Вулфа (ISW) является прямым сигналом темной энергии в плоской Вселенной.[36] было сообщено о его высокой значимости в 2008 году Ho et al. и Giannantonio et al.
Наблюдательные данные постоянной Хаббла[править]
В последние годы значительное внимание уделяется новому подходу к проверке доказательств существования темной энергии с помощью наблюдательных постоянных Хаббла (OHD). постоянная Хаббла H (z) измеряется как функция космологического красного смещения . OHD непосредственно отслеживает историю расширения Вселенной, принимая пассивно развивающиеся галактики раннего типа в качестве "космических хронометров". С этой точки зрения такой подход обеспечивает стандартные часы во Вселенной. Ядром этой идеи является измерение дифференциальной возрастной эволюции как функции красного смещения этих космических хронометров. Таким образом, он обеспечивает прямую оценку параметра Хаббла
- H ( z ) = − 1 1 + z d z d t ≈ − 1 1 + z Δ z Δ t .
Зависимость от дифференциальной величины, Δ z / Δ t, может свести к минимуму многие общие проблемы и систематические эффекты; и в качестве прямого измерения параметра Хаббла вместо его интеграла, такого как сверхновые и барионные акустические колебания (BAO), он приносит больше информации и привлекателен в вычислениях. По этим причинам он был широко использован для изучения ускоренного космического расширения и изучения свойств темной энергии.
Прямое наблюдение[править]
Попытка непосредственно наблюдать темную энергию в лаборатории не смогла обнаружить новую силу.
Теории темной энергии[править]
Статус темной энергии как гипотетической силы с неизвестными свойствами делает ее очень активной целью исследований. Эта проблема рассматривается с самых разных точек зрения, таких как изменение преобладающей теории гравитации (общей теории относительности), попытка определить свойства темной энергии и поиск альтернативных способов объяснения данных наблюдений.
Космологическая постоянная[править]
Основная статья: Космологическая постоянная Дополнительная информация: Уравнение состояния (космология)
Самое простое объяснение для темной энергии заключается в том, что она является внутренней, фундаментальной энергией пространства. Это космологическая постоянная, обычно представленная греческой буквой Λ (лямбда, отсюда Лямбда-CDM-модель ). Поскольку энергия и масса связаны в соответствии с уравнением E = mc 2, Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что эта энергия будет иметь гравитационный эффект. Его иногда называют энергией вакуума, потому что это плотность энергии пустого вакуума .
Космологическая постоянная имеет отрицательное давление, равное его плотности энергии, и поэтому заставляет расширение Вселенной ускоряться . Причину, по которой космологическая постоянная имеет отрицательное давление, можно увидеть из классической термодинамики. Как правило, энергия должна быть потеряна изнутри контейнера (контейнер должен работать на своей окружающей среде) для того, чтобы объем увеличивался. В частности, изменение объема dV требует выполнения работы, равной изменению энергии-P dV, где P есть такое давление. Но количество энергии в контейнере, полном вакуума, на самом деле увеличивается, когда объем увеличивается , потому что энергия равна pV, где ρ-плотность энергии космологической постоянной. Поэтому P отрицательно и, по сути, P = − ρ .
Существует два основных преимущества для космологической постоянной. Во-первых, это очень просто. Эйнштейн фактически ввел этот термин в свою первоначальную формулировку общей теории относительности, например, чтобы получить статическую вселенную. Хотя позже он отказался от этого термина после того, как Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется, ненулевая космологическая постоянная может действовать как темная энергия, не изменяя иначе уравнения поля Эйнштейна. Другое преимущество заключается в том, что существует естественное объяснение его происхождения. Большинство квантовых теорий поля предсказывают флуктуации вакуума это дало бы вакууму такую энергию. Это связано с эффектом Казимира , при котором происходит небольшое всасывание в области, где виртуальные частицы геометрически ингибируются от образования (например, между пластинами с крошечным разделением).
Главная нерешенная проблема заключается в том , что те же самые квантовые теории поля предсказывают огромную космологическую постоянную, более чем на 100 порядков превышающую ее величину. это должно быть почти, но не совсем, отменено таким же большим членом противоположного знака. Некоторые суперсимметричные теории требуют космологической постоянной, которая точно равна нулю , что не помогает, потому что суперсимметрия должна быть нарушена.
Тем не менее, космологическая постоянная является наиболее экономичным решением проблемы космического ускорения . Таким образом, современная стандартная модель космологии, модель лямбда-МЧР, включает космологическую постоянную в качестве существенного признака.
Квинтэссенция[править]
Основная статья: Квинтэссенция (физика)
В моделях квинтэссенции темной энергии наблюдаемое ускорение масштабного фактора вызвано потенциальной энергией динамического поля, называемого полем квинтэссенции. Квинтэссенция отличается от космологической постоянной тем, что она может изменяться в пространстве и времени. Для того, чтобы оно не сгущалось и не образовывало структуру, подобную материи, поле должно быть очень легким, чтобы оно имело большую длину волны Комптона .
Никаких доказательств существования квинтэссенции пока не имеется, но и это не исключено. Он обычно предсказывает несколько более медленное ускорение расширения Вселенной, чем космологическая постоянная. Некоторые ученые считают, что лучшим доказательством существования квинтэссенции было бы нарушение принципа эквивалентности Эйнштейна и изменение фундаментальных констант в пространстве или времени.[48] скалярные поля предсказываются Стандартной моделью физики элементарных частиц и теории струн , но аналогичной задаче о космологических постоянных (или задаче построения моделей космологическая инфляция) происходит: теория перенормировки предсказывает, что скалярные поля должны приобретать большие массы.
Проблема совпадения заключается в том, почему ускорение Вселенной началось именно тогда. Если бы ускорение началось раньше во Вселенной, такие структуры, как галактики, никогда бы не успели сформироваться, и жизнь, по крайней мере в том виде, в каком мы ее знаем, никогда бы не имела шанса существовать. Сторонники антропного принципа рассматривают это как поддержку своих аргументов. Однако многие модели квинтэссенции имеют так называемый" трекер " поведения, который решает эту проблему. В этих моделях поле квинтэссенции имеет плотность, которая близко отслеживает (но меньше) плотность излучения до равенства материя-излучение, который запускает квинтэссенцию, чтобы начать вести себя как темная энергия, в конечном итоге доминирующая во Вселенной. Это естественно устанавливает низкую энергетическую шкалу темной энергии.
В 2004 году, когда ученые сопоставили эволюцию темной энергии с космологическими данными, они обнаружили, что уравнение состояния, возможно, пересекло границу космологической постоянной (w = -1) сверху вниз. Была доказана теорема No-Go, которая дает этому сценарию по крайней мере две степени свободы, как это требуется для моделей темной энергии. Этот сценарий является так называемым сценарием Quintom .
Некоторые частные случаи квинтэссенции-это фантомная энергия, в которой плотность энергии квинтэссенции действительно увеличивается со временем, и K-сущность (сокращенно от кинетической квинтэссенции), которая имеет нестандартную форму кинетической энергии, такую как отрицательная кинетическая энергия .[51] они могут иметь необычные свойства: фантомная энергия , например, может вызвать большой разрыв .
Взаимодействие темной энергии[править]
Этот класс теорий пытается создать всеобъемлющую теорию как темной материи, так и темной энергии как единого явления, которое изменяет законы гравитации на различных масштабах. Это могло бы, например, рассматривать темную энергию и темную материю как различные грани одного и того же неизвестного вещества, или постулировать, что холодная темная материя распадается на темную энергию.[53] Другим классом теорий, объединяющих темную материю и темную энергию, считаются ковариантные теории модифицированных гравитаций. Эти теории изменяют динамику пространства-времени таким образом, что модифицированная динамика связана с тем, что было приписано присутствию темной энергии и темной материи.
Переменные модели темной энергии[править]
Плотность темной энергии могла изменяться во времени на протяжении всей истории Вселенной. Современные данные наблюдений позволяют оценить нынешнюю плотность темной энергии. Используя барионные акустические колебания, можно исследовать влияние темной энергии в истории Вселенной и ограничить параметры уравнения состояния темной энергии. С этой целью было предложено несколько моделей. Одной из самых популярных моделей является модель Шевалье–Полярски–Линдера (CPL). некоторые другие распространенные модели, (Барбоза & Alcaniz. 2008), (Jassal et al. 2005), (Веттерих. 2004), (Oztas et al. 2018).
Наблюдательный скептицизм[править]
Некоторые альтернативы темной энергии , такие как неоднородная космология, направлены на объяснение данных наблюдений с помощью более точного использования установленных теорий. В этом сценарии темная энергия на самом деле не существует, а является всего лишь артефактом измерения. Например, если мы находимся в более пустой, чем в среднем, области пространства, наблюдаемая космическая скорость расширения может быть ошибочно принята за изменение во времени или ускорение. другой подход использует космологическое расширение принципа эквивалентности чтобы показать, как пространство может казаться расширяющимся быстрее в пустотах, окружающих наш локальный кластер. В то время как слабые, такие эффекты, рассматриваемые кумулятивно в течение миллиардов лет, могут стать значительными, создавая иллюзию космического ускорения и создавая впечатление, что мы живем в пузыре Хаббла . Еще одна возможность заключается в том, что ускоренное расширение Вселенной является иллюзией, вызванной относительным движением нас к остальной Вселенной, [69] [70] или что используемый размер выборки сверхновых был недостаточно большим.
Другой механизм управляя ускорением[править]
Модифицированная гравитация[править]
Доказательства существования темной энергии сильно зависят от общей теории относительности. Поэтому вполне возможно, что модификация общей теории относительности также устраняет необходимость в темной энергии. Таких теорий очень много,и исследования продолжаются. измерение скорости гравитации в первой гравитационной волне, измеренной с помощью негравитационных средств ( GW170817), исключило многие модифицированные теории гравитации в качестве объяснений темной энергии.
Астрофизик Этан Сигел утверждает, что, хотя такие альтернативы получают большое освещение в основной прессе, почти все профессиональные астрофизики уверены, что темная энергия существует, и что ни одна из конкурирующих теорий не может успешно объяснить наблюдения с тем же уровнем точности, что и стандартная темная энергия.[78]
Последствия для судьбы Вселенной[править]
Космологи подсчитали, что ускорение началось примерно 5 миллиардов лет назад.[79] [Примечания 1] до этого считалось, что расширение замедлялось из-за притягивающего влияния материи. Плотность темной материи в расширяющейся Вселенной уменьшается быстрее, чем темная энергия, и в конечном итоге темная энергия доминирует. В частности, когда объем Вселенной удваивается, плотность темной материи уменьшается вдвое, но плотность темной энергии почти не изменяется (она точно постоянна в случае космологической постоянной).
Прогнозы на будущее могут радикально отличаться для различных моделей темной энергии. Для космологической постоянной или любой другой модели, которая предсказывает, что ускорение будет продолжаться бесконечно, конечным результатом будет то, что галактики вне локальной группы будут иметь скорость прямой видимости, которая постоянно увеличивается со временем, в конечном итоге намного превышая скорость света.[80] это не является нарушением специальной теории относительности, поскольку используемое здесь понятие "скорость" отличается от понятия скорости в локальной инерциальной системе отсчета, которая все еще ограничена быть меньше скорости света для любого массивного объекта (см. Использование правильного расстояния для обсуждения тонкостей определения любого понятия относительной скорости в космологии). Поскольку параметр Хаббла уменьшается со временем, на самом деле могут быть случаи, когда галактике, удаляющейся от нас быстрее, чем свет, удается испустить сигнал, который в конечном итоге достигает нас. однако, из-за ускоряющегося расширения, предполагается, что большинство галактик в конечном итоге пересекут тип космологического горизонта событий где любой свет, который они излучают последние ссылки никогда не сможете связаться с нами в любое время в бесконечном будущем , потому что свет никогда не достигает точки, где ее "пекулярной скорости" к нам опережает прирост скорости от нас (эти два понятия скорости обсуждаются также в целях правильного расстояния). Предполагая, что темная энергия постоянна (космологическая постоянная ), текущее расстояние до этого космологического горизонта событий составляет около 16 миллиардов световых лет, что означает, что сигнал от события, происходящего в настоящее время в конечном счете, он мог бы достичь нас в будущем, если бы событие было менее чем в 16 миллиардах световых лет, но сигнал никогда не достиг бы нас, если бы событие было более чем в 16 миллиардах световых лет.
Когда галактики приближаются к точке пересечения этого космологического горизонта событий, свет от них будет становиться все более и более красным смещением , до точки, где длина волны становится слишком большой, чтобы обнаружить на практике, и галактики, по-видимому, полностью исчезают ( см. будущее расширяющейся Вселенной ). Планета Земля, Млечный Путь и локальная группа, частью которой является Млечный Путь, останутся практически нетронутыми, поскольку остальная Вселенная удаляется и исчезает из поля зрения. В этом случае местная группа в конечном итоге пострадает от тепловой смерти точно так же, как это было предположено для плоской Вселенной с преобладанием материи до измерений космического ускорения .
Есть и другие, более спекулятивные идеи о будущем вселенной. Модель фантомной энергии темной энергии приводит к дивергентному расширению, что означало бы, что эффективная сила темной энергии продолжает расти, пока она не доминирует над всеми другими силами во Вселенной. Согласно этому сценарию, темная энергия в конечном счете разорвет все гравитационно связанные структуры, включая галактики и солнечные системы, и в конечном итоге преодолеет электрические и ядерные силы, чтобы разорвать сами атомы, завершая вселенную в " большой разрыв". С другой стороны, темная энергия может со временем рассеяться или даже стать привлекательной. Такая неопределенность оставляет открытой возможность, что гравитация может сделать Правило дня и привести к вселенной, что договоры на себя в "большой хруст",[86] или что там может быть даже темной энергии цикла, которая подразумевает циклическая модель Вселенной , в которой каждой итерации (Большой взрыв, затем Большой хруст) занимает около триллиона (1012) лет. хотя ни один из них не подтверждается наблюдениями, они не исключаются. В философии науки
В философии науки темная энергия является примером "вспомогательной гипотезы", специального постулата, который добавляется к теории в ответ на наблюдения, которые ее фальсифицируют. Было доказано, что гипотеза темной энергии является конвенционалистской гипотезой, то есть гипотезой, которая не добавляет никакого эмпирического содержания и поэтому не может быть реализована в смысле, определенном Карлом Поппером .