Öz kuvveti (fizik)

Fizikte quintessence ya da öz kuvveti, karanlık enerjinin varsayımsal bir biçimidir, daha doğrusu skaler bir alandır ve evrenin hızlanan genişleme hızının gözleminin bir açıklaması olarak kabul edilir. Bu senaryonun ilk örneği Ratra ve Peebles (1988) tarafından önerilmiştir. Konsept zamanla değişen daha genel karanlık enerji türlerine genişletildi ve "öz kuvveti" terimi ilk olarak Robert R. Caldwell, Rahul Dave ve Paul Steinhardt tarafından 1998'de yayınlanan bir makalede tanıtıldı. Bazı fizikçiler tarafından beşinci bir temel kuvvet olduğu öne sürülmüştür. Öz kuvveti, dinamik olması bakımından karanlık enerjinin kozmolojik sabit açıklamasından farklıdır; yani, tanımı gereği değişmeyen kozmolojik sabitin aksine, zamanla değişir. Quintessence, kinetik ve potansiyel enerjisinin oranına bağlı olarak çekici veya itici olabilir. Bu varsayımla çalışanlar, öz kuvvetinin yaklaşık 10 milyar yıl önce, Büyük Patlama'dan yaklaşık 3.5 milyar yıl sonra itici hale geldiğine inanıyorlar.

Skaler Alan

Öz kuvveti (Q), w_q'nun basınç (p_q) ve yoğunluk ($\rho$_q) oranının potansiyel enerji [V(Q)] ve kinetik bir terim tarafından verildiği bir durum denklemine sahip skaler bir alandır:

$w_{q}={\frac {p_{q}}{\rho _{q}}}={\frac {{\tfrac {1}{2}}{\dot {Q}}^{2}-V(Q)}{{\tfrac {1}{2}}{\dot {Q}}^{2}+V(Q)}}$

Dolayısıyla öz kuvveti dinamiktir ve genellikle zamanla değişen bir yoğunluk ve w_q parametresine sahiptir. Buna karşılık, bir kozmolojik sabit, sabit bir enerji yoğunluğu ve w_q = -1 ile statiktir.

İzleyici Davranışı

Öz kuvvetinin birçok modelinin, Ratra, Peebles, Paul Steinhardt ve diğerlerine göre kozmolojik sabit problemini kısmen çözen bir izleyici davranışı vardır. Bu modellerde öz kuvvet alanı, madde-radyasyon eşitliğine kadar radyasyon yoğunluğunu yakından takip eden (ancak bundan daha az olan) bir yoğunluğa sahiptir; bu, öz kuvvetinin karanlık enerjiye benzer özelliklere sahip olmaya başlamasını ve nihayetinde evrene hakim olmasını tetikler. Bu doğal olarak karanlık enerjinin düşük ölçeğini belirler. İzleyici çözümler tarafından verilen evrenin tahmin edilen genişleme hızı ile kozmolojik veriler karşılaştırıldığında, izleyici çözümlerinin temel bir özelliği, durum denklemlerinin davranışını düzgün bir şekilde tanımlamak için dört parametreye ihtiyaç duyulmasıdır, oysa bunun en fazla olduğu gösterilmiştir. İki parametreli bir model, orta vadeli gelecekteki verilerle optimal olarak sınırlandırılabilir.

Belirli Modeller

Öz kuvvetin bazı özel durumları, standart olmayan bir kinetik enerji biçimine sahip olan w_q < -1 ve k-öz kuvvetin (kısaca kinetik öz kuvvet) olduğu hayali enerjidir. Bu tür bir enerji var olsaydı, karanlık enerjinin artan enerji yoğunluğu nedeniyle evrende büyük bir yırtılmaya neden olur ve bu da evrenin genişlemesinin üstel bir orandan daha hızlı artmasına neden olur.

Holografik Karanlık Enerji

Holografik karanlık enerji modelleri, kozmolojik sabit modellerle karşılaştırıldığında, yüksek bir yozlaşma anlamına gelir. Karanlık enerjinin uzay-zamanın kuantum dalgalanmalarından kaynaklanabileceği ve evrenin olay ufku ile sınırlı olduğu öne sürülmüştür. Öz karanlık enerji ile yapılan çalışmalar, holografik termalleştirmeye dayalı bir uzay-zaman simülasyonunda yerçekimi çöküşüne hakim olduğunu buldu. Bu sonuçlar, öz kuvvetin durum parametresi ne kadar küçükse, plazmanın termalleşmesinin o kadar zor olduğunu göstermektedir.

Kuintom Senaryosu

2004 yılında, bilim adamları karanlık enerjinin evrimini kozmolojik verilerle eşleştirdiklerinde, durum denkleminin muhtemelen yukarıdan aşağıya kozmolojik sabit sınırını (w = –1) geçtiğini buldular. Kanıtlanmış bir hareketsizlik teoremi, Kuintom senaryosu olarak adlandırılan bu durumun karanlık enerji modelleri için en az iki serbestlik derecesi gerektirdiğini gösterir.

Terminoloji

Adı quinta essentia'dan (beşinci element) gelir. Orta Çağ'dan itibaren Latince olarak adlandırılan bu element, Aristoteles'in diğer dört eski klasik elemente eklediği elementti, çünkü bunun göksel dünyanın özü olduğunu düşünüyordu. Aristoteles, saf, ince ve ilkel bir unsur olduğunu öne sürdüğü bu öğeye eter adını verdi. Benzer şekilde, modern öz kuvvet, evrenin genel kütle-enerji içeriğine bilinen beşinci "dinamik, zamana bağlı ve uzamsal olarak homojen olmayan" katkı olacaktır.

Elbette diğer dört bileşen eski Yunan klasik unsurları değil, daha ziyade "baryonlar, nötrinolar, karanlık madde, radyasyon"dur. Nötrinolar bazen radyasyon olarak kabul edilse de, bu bağlamda "radyasyon" terimi yalnızca kütlesiz fotonları belirtmek için kullanılır. Evrenin (tespit edilmemiş olan) uzaysal eğriliği, dinamik olmadığı ve homojen olduğu için hariç tutulur; kozmolojik sabit bu anlamda beşinci bileşen olarak kabul edilmeyecektir, çünkü dinamik değildir, homojendir ve zamandan bağımsızdır.