Întrebarea originii Universului, trecutul și viitorul său a îngrijorat oamenii din timpuri imemoriale. Timp de multe secole, teoriile au apărut și infirmate, oferind o imagine a lumii bazată pe date cunoscute. Un șoc fundamental pentru lumea științifică a fost teoria relativității a lui Einstein. Ea a adus, de asemenea, o contribuție uriașă la înțelegerea proceselor care formează Universul. Cu toate acestea, teoria relativității nu ar putea pretinde a fi adevărul suprem, care nu necesită adăugiri. Îmbunătățirea tehnologiilor a permis astronomilor să facă descoperiri de neconceput anterior, care necesitau o nouă bază teoretică sau o extindere semnificativă a prevederilor existente. Un astfel de fenomen este materia întunecată. Dar pe primul loc.
Cazuri din zilele trecute
Pentru a înțelege termenul „materie întunecată” să ne întoarcem la începutul secolului trecut. La acea vreme, domina ideea Universului ca structură staționară. Între timp, teoria generală a relativității (GR) presupunea că, mai devreme sau mai târziu, forța de atracție va duce la „lipirea” tuturor obiectelor spațiale într-o singură minge, s-ar întâmpla așanumit colaps gravitațional. Nu există forțe de respingere între obiectele spațiale. Atracția reciprocă este compensată de forțele centrifuge care creează o mișcare constantă a stelelor, planetelor și altor corpuri. În acest fel, echilibrul sistemului este menținut.
Pentru a preveni prăbușirea teoretică a Universului, Einstein a introdus o constantă cosmologică - o valoare care aduce sistemul în starea staționară necesară, dar în același timp este de fapt inventată, neavând temeiuri evidente.
Universul în expansiune
Calculele și descoperirile lui Friedman și Hubble au arătat că nu este nevoie de a încălca ecuațiile armonioase ale relativității generale cu ajutorul unei noi constante. S-a dovedit, iar astăzi acest fapt este practic dincolo de orice îndoială, că Universul se extinde, a avut cândva un început și nu se poate vorbi de staționaritate. Dezvoltarea ulterioară a cosmologiei a dus la apariția teoriei big bang-ului. Principala confirmare a noilor ipoteze este creșterea observată a distanței dintre galaxii în timp. Măsurarea vitezei de îndepărtare unele de altele a sistemelor spațiale vecine a condus la formarea ipotezei că există materie întunecată și energie întunecată.
Datele nu sunt conforme cu teoria
Fritz Zwicky în 1931, apoi Jan Oort în 1932 și în anii 1960, numărau masa materiei galaxiilor dintr-un cluster îndepărtat și raportul acestuia cu viteza de îndepărtare a acestora una de ceal altă. Din când în când, oamenii de știință au ajuns la aceleași concluzii: această cantitate de materie nu este suficientă pentru ca gravitația creată de ea să poată reține.împreună galaxii care se deplasează cu viteze atât de mari. Zwicky și Oort au sugerat că există o masă ascunsă, materia întunecată a Universului, care nu permite obiectelor spațiale să se împrăștie în direcții diferite.
Totuși, ipoteza a fost recunoscută de lumea științifică abia în anii șaptezeci, după anunțarea rezultatelor lucrării Verei Rubin.
Ea a construit curbe de rotație care demonstrează clar dependența vitezei de mișcare a materiei galaxiei de distanța care o separă de centrul sistemului. Contrar presupunerilor teoretice, s-a dovedit că viteza stelelor nu scade pe măsură ce se îndepărtează de centrul galactic, ci crește. Un astfel de comportament al luminilor ar putea fi explicat doar prin prezența unui halou în galaxie, care este umplut cu materie întunecată. Astronomia, așadar, se confruntă cu o parte complet neexplorată a universului.
Proprietăți și compoziție
Întunecat acest tip de materie se numește deoarece nu poate fi văzută prin niciun mijloc existent. Prezența sa este recunoscută printr-un semn indirect: materia întunecată creează un câmp gravitațional, fără a emite unde complet electromagnetice.
Cea mai importantă sarcină care a apărut înaintea oamenilor de știință a fost să obțină un răspuns la întrebarea în ce constă această chestiune. Astrofizicienii au încercat să o „umple” cu materia barionică obișnuită (materia barionică este formată din protoni, neutroni și electroni mai mult sau mai puțin studiati). Haloul întunecat al galaxiilor includea stele compacte, slab radiante de acest tippitice brune și planete uriașe apropiate de Jupiter în masă. Cu toate acestea, aceste ipoteze nu au rezistat examinării. Materia barionică, familiară și cunoscută, nu poate juca astfel un rol semnificativ în masa ascunsă a galaxiilor.
Astăzi, fizica caută componente necunoscute. Cercetarea practică a oamenilor de știință se bazează pe teoria supersimetriei microcosmosului, conform căreia pentru fiecare particulă cunoscută există o pereche supersimetrică. Acestea sunt cele care alcătuiesc materia întunecată. Cu toate acestea, nu a fost încă obținută nicio dovadă a existenței unor astfel de particule, poate că aceasta este o chestiune pentru viitorul apropiat.
Energie întunecată
Descoperirea unui nou tip de materie nu a pus capăt surprizelor pregătite de Univers pentru oamenii de știință. În 1998, astrofizicienii au mai avut o șansă de a compara datele teoriilor cu faptele. Anul acesta a fost marcat de explozia unei supernove într-o galaxie departe de noi.
Astronomii au măsurat distanța până la ea și au fost extrem de surprinși de datele obținute: steaua a aprins mult mai departe decât ar fi trebuit să fie conform teoriei existente. S-a dovedit că rata de expansiune a universului crește cu timpul: acum este mult mai mare decât era acum 14 miliarde de ani, când se presupune că s-a întâmplat big bang-ul.
După cum știți, pentru a accelera mișcarea corpului, acesta trebuie să transfere energie. Forța care face ca universul să se extindă mai repede a devenit cunoscută sub numele de energie întunecată. Aceasta nu este o parte mai puțin misterioasă a cosmosului decât materia întunecată. Se știe doar că este caracteristicdistribuție uniformă în întregul univers, iar impactul său poate fi înregistrat doar la distanțe cosmice uriașe.
Și din nou constanta cosmologică
Energia întunecată a zguduit teoria big bang-ului. O parte a lumii științifice este sceptică cu privire la posibilitatea unei astfel de substanțe și la accelerarea expansiunii cauzată de aceasta. Unii astrofizicieni încearcă să reînvie constanta cosmologică uitată a lui Einstein, care din nou din categoria unei mari greșeli științifice poate intra în numărul de ipoteze de lucru. Prezența sa în ecuații creează antigravitație, ceea ce duce la o accelerare a expansiunii. Cu toate acestea, unele dintre consecințele prezenței constantei cosmologice nu sunt de acord cu datele observaționale.
Astăzi, materia întunecată și energia întunecată, care alcătuiesc cea mai mare parte a materiei din univers, sunt mistere pentru oamenii de știință. Nu există un singur răspuns la întrebarea despre natura lor. Mai mult, poate că acesta nu este ultimul secret pe care spațiul ni-l ține. Materia întunecată și energia pot deveni pragul unor noi descoperiri care ne pot schimba înțelegerea structurii Universului.
