Kysymys maailmankaikkeuden alkuperästä, sen menneisyydestä ja tulevaisuudesta on huolestuttanut ihmisiä ikimuistoisista ajoista lähtien. Useiden vuosisatojen ajan on syntynyt ja kumottu teorioita, jotka tarjoavat tunnettuun tietoon perustuvan kuvan maailmasta. Perusshokki tieteelliselle maailmalle oli Einsteinin suhteellisuusteoria. Hän antoi myös v altavan panoksen maailmankaikkeuden muodostavien prosessien ymmärtämiseen. Suhteellisuusteoria ei kuitenkaan voinut väittää olevansa lopullinen totuus, joka ei vaadi lisäyksiä. Teknologioiden parantaminen antoi tähtitieteilijöille mahdollisuuden tehdä aiemmin käsittämättömiä löytöjä, jotka vaativat uutta teoreettista perustaa tai olemassa olevien säännösten merkittävää laajentamista. Yksi tällainen ilmiö on pimeä aine. Mutta ensin asiat ensin.
Tapauksia menneiltä päiviltä
Ymmärtääksemme termin "pimeä aine" palaamme takaisin viime vuosisadan alkuun. Tuolloin hallitsi ajatus maailmankaikkeudesta kiinteänä rakenteena. Samaan aikaan yleinen suhteellisuusteoria (GR) oletti, että ennemmin tai myöhemmin vetovoima johtaisi kaikkien avaruusobjektien "kiinnittymiseen" yhdeksi palloksi, se tapahtuisi näinjota kutsutaan gravitaatioksi romahdukseksi. Avaruusobjektien välillä ei ole hylkiviä voimia. Keskinäistä vetovoimaa kompensoivat keskipakovoimat, jotka luovat tähtien, planeettojen ja muiden kappaleiden jatkuvan liikkeen. Tällä tavalla järjestelmän tasapaino säilyy.
Estääkseen maailmankaikkeuden teoreettisen romahduksen Einstein otti käyttöön kosmologisen vakion - arvon, joka saattaa järjestelmän tarpeelliseen paikallaan olevaan tilaan, mutta samalla se on itse asiassa keksitty ilman ilmeistä perustetta.
Laajeneva universumi
Friedmanin ja Hubblen laskelmat ja löydöt ovat osoittaneet, että yleisen suhteellisuusteorian harmonisia yhtälöitä ei tarvitse rikkoa uuden vakion avulla. On todistettu, ja nykyään tämä tosiasia on käytännössä kiistaton, että maailmankaikkeus laajenee, sillä oli kerran alku, eikä paikallaan olemisesta voi puhua. Kosmologian jatkokehitys johti alkuräjähdysteorian syntymiseen. Pääasiallinen vahvistus uusille olettamuksille on havaittu galaksien välisen etäisyyden lisääntyminen ajan myötä. Juuri vierekkäisten avaruusjärjestelmien toisistaan poistumisnopeuden mittaaminen johti hypoteesin muodostumiseen, että pimeää ainetta ja pimeää energiaa on olemassa.
Tiedot eivät ole teorian mukaisia
Fritz Zwicky vuonna 1931 ja sitten Jan Oort vuonna 1932 ja 1960-luvulla laskivat kaukaisessa joukossa olevien galaksien massaa ja sen suhdetta niiden poistumisnopeuteen toisistaan. Tiedemiehet tulivat aika ajoin samoihin johtopäätöksiin: tämä määrä ainetta ei riitä, jotta sen luoma painovoima kestäisiyhdessä galaksit liikkuvat niin suurilla nopeuksilla. Zwicky ja Oort ehdottivat, että on olemassa piilotettu massa, maailmankaikkeuden pimeä aine, joka ei salli avaruusobjektien leviämistä eri suuntiin.
Tieteellinen maailma tunnusti hypoteesin kuitenkin vasta 70-luvulla Vera Rubinin työn tulosten julkistamisen jälkeen.
Hän rakensi pyörimiskäyrät, jotka osoittavat selvästi galaksin aineen liikenopeuden riippuvuuden etäisyydestä, joka erottaa sen järjestelmän keskipisteestä. Vastoin teoreettisia oletuksia kävi ilmi, että tähtien nopeudet eivät laske niiden liikkuessa pois galaksien keskustasta, vaan kasvavat. Tällainen valaisimien käyttäytyminen voidaan selittää vain halon läsnäololla galaksissa, joka on täynnä pimeää ainetta. Tähtitiede kohtaa siis täysin tutkimattoman osan universumista.
Ominaisuudet ja koostumus
Tällaista ainetta kutsutaan pimeydeksi, koska sitä ei voida nähdä millään olemassa olevalla tavalla. Sen läsnäolon tunnistaa epäsuora merkki: pimeä aine luo gravitaatiokentän, mutta ei lähetä täysin sähkömagneettisia a altoja.
Tärkein tiedemiesten eteen noussut tehtävä oli saada vastaus kysymykseen, mistä tämä asia koostuu. Astrofyysikot yrittivät "täyttää" sen tavallisella baryoniaineella (baryoniaine koostuu enemmän tai vähemmän tutkituista protoneista, neutroneista ja elektroneista). Galaksien tumma kehä sisälsi tämän tyyppisiä kompakteja, heikosti säteileviä tähtiäruskeat kääpiöt ja v altavat planeetat lähellä Jupiteria. Nämä oletukset eivät kuitenkaan ole kestäneet tarkastelua. Baryonaineella, joka on tuttu ja tunnettu, ei siten voi olla merkittävää roolia galaksien piilomassassa.
Tänään fysiikka etsii tuntemattomia komponentteja. Tiedemiesten käytännön tutkimus perustuu mikrokosmoksen supersymmetriateoriaan, jonka mukaan jokaiselle tunnetulle hiukkaselle on olemassa supersymmetrinen pari. Nämä ovat niitä, jotka muodostavat pimeän aineen. Todisteita tällaisten hiukkasten olemassaolosta ei kuitenkaan ole vielä saatu, ehkä tämä on lähitulevaisuuden asia.
Pimeä energia
Uuden tyyppisen aineen löytäminen ei lopettanut universumin tutkijoille valmistamia yllätyksiä. Vuonna 1998 astrofyysikot saivat toisen mahdollisuuden verrata teorioiden tietoja tosiasioihin. Tätä vuotta leimasi supernovan räjähdys galaksissa, joka on kaukana meistä.
Astronomit mittasivat etäisyyden siihen ja olivat erittäin yllättyneitä saaduista tiedoista: tähti leimahti paljon pidemmälle kuin sen olisi nykyisen teorian mukaan pitänyt olla. Kävi ilmi, että maailmankaikkeuden laajenemisnopeus kiihtyy ajan myötä: nyt se on paljon suurempi kuin se oli 14 miljardia vuotta sitten, jolloin alkuräjähdys oletettiin tapahtuneen.
Kuten tiedätte, kehon liikkeen nopeuttamiseksi sen on siirrettävä energiaa. Voima, joka saa maailmankaikkeuden laajenemaan nopeammin, on tullut tunnetuksi pimeänä energiana. Tämä ei ole vähemmän salaperäinen osa kosmosta kuin pimeä aine. Tiedetään vain, että se on ominaistatasainen jakautuminen koko universumissa, ja sen vaikutus voidaan rekisteröidä vain v altavilla kosmisilla etäisyyksillä.
Ja taas kosmologinen vakio
Pimeä energia on ravistellut alkuräjähdysteoriaa. Osa tiedemaailmasta suhtautuu skeptisesti tällaisen aineen mahdollisuuteen ja sen aiheuttamaan laajentumisen kiihtymiseen. Jotkut astrofyysikot yrittävät herättää henkiin unohdetun Einsteinin kosmologisen vakion, joka taas suuren tieteellisen virheen luokasta voi mennä työhypoteesien määrään. Sen läsnäolo yhtälöissä luo antigravitaatiota, mikä johtaa laajenemisen kiihtymiseen. Jotkut kosmologisen vakion läsnäolon seurauksista eivät kuitenkaan vastaa havainnointitietoja.
Nykyään pimeä aine ja pimeä energia, jotka muodostavat suurimman osan universumin aineesta, ovat mysteereitä tutkijoille. Kysymykseen niiden luonteesta ei ole yhtä vastausta. Lisäksi ehkä tämä ei ole viimeinen salaisuus, jonka avaruus piilottaa meiltä. Pimeästä aineesta ja energiasta voi tulla uusien löytöjen kynnys, jotka voivat muuttaa ymmärrystämme maailmankaikkeuden rakenteesta.
