Hoe donkere energie een gravitationele afstoting heeft

In 1998 werd door twee onafhankelijke teams van sterrenkundigen aan de hand van waarnemingen aan ver verwijderde type ia supernovae (exploderende witte dwergen) ontdekt dat ons heelal steeds sneller expandeert. Geen vertraging van de expansie, zoals ze eigenlijk hadden verwacht, door de aantrekkingskracht van alle materie in het heelal, maar juiste een versnelling in de expansie. Oorzaak van die versnelling: donkere energie, het mysterieuze goedje dat volgens de laatste metingen 68% van alle massaenergie in het heelal zou vormen, de rest zou bestaan uit donkere materie (27%) en gewone materie (5%). In tegenstelling tot de net zo mysterieuze donkere materie, die lokaal in dichtheid kan variëren, zou de donkere energie overal in het heelal dezelfde energiedichtheid hebben. En hij zou een afstotende werking hebben, een soort gravitationele afstoting, zoals je ’t zou kunnen noemen. Nou is ’t gekke dat donkere energie volgens de berekeningen een ‘gewone’ dichtheid heeft en wel van ~ 7 × 10-³º g/cm³, dus waarom zou de donkere energie dan niet ook gewoon aantrekken, zoals materie en donkere materie doen? De reden dat de donkere energie tóch afstotend werkt en niet aantrekkend komt door deze formule, in 1915 bedacht door Albert Einstein in zijn Algemene relativiteitstheorie:

Dit is de formule die laat zien hoe het heelal is gegroeid als gevolg van de dichtheid en druk van de massaenergie. Het klinkt ingewikkeld, maar waar het op neer komt is dat de bron van de zwaartekracht de energiedichtheid is (ρ in de formule) plus drie maal de druk (p in de formule). En da’s de crux van het verhaal, want die druk telt dus zwaarder mee dan de energiedichtheid. En laat de druk van de donkere energie nou negatief zijn! De druk en energiedichtheid van donkere energie zijn net zo groot, alleen is het ene negatief, het andere positief. En omdat de druk drie keer meetelt is het netto effect dat donkere energie afstotend werkt.

Daar komt bij dat donkere energie verbonden lijkt te zijn aan de ruimte, dat het wellicht een soort van eigenschap van ruimte zelf is. Een expanderend heelal betekent dat er steeds meer ruimte komt en dat betekent dus dat er geen sprake is van verdunning van donkere energie, maar juist van toename van de donkere energie, zoals je in de animatie hierboven ziet, Net Wright’s befaamde Dark Energy Piston. Om die reden had de donkere energie in de eerste fase van het heelal, toen het volume nog een stuk kleiner was, geen invloed op de snelheid van de expansie. Pas vijf miljard jaar geleden was de ommekeer en was er genoeg volume om er voor te zorgen dat de gravitationele afstoting van de donkere energie sterker werd dan de gravitationele aantrekking van de gewone en donkere materie en begon de versnelde expansie van het heelal. Bron: In the Dark + Preposterous Universe.